micro:bitでラジコンを作った記録

ねえパパ、ラジコンつくりたい。

数年前のクリスマス少し前、息子（当時小1）のこの言葉から、すべては始まった。その後、いろいろ調査し、まわり道し、試行錯誤しながら、息子のラジコン作りたい熱が下がっていくのに反比例して、私の電子工作おもしろそうだな熱が上がっていった。

この物語は、まわり道し、試行錯誤した結果、ついになんとか、ラジコンを作ることができたので、その結果を紹介するものである。私と同じように、子供からラジコンを作りたい、と言われ、困っている人の参考になれば、幸いです。

# どうやって作るのか？
あの有名なレゴブロックのシリーズで「レゴテクニック」というのがあるらしい。ブロックだけでなく、歯車や軸などのパーツを組み合わせて、色々なからくり仕掛けの作品を作ることができるらしい。そこにマイコンや電動モーターを取り付ければ、ラジコンが作れそうだ。

# モーターについて
モーターには「回転モーター」と「角度モーター」の二種類がある。

1. 回転モーター
一方向に回り続けるモーターのこと。逆回転も可能。回転する速度も調節できる。

1. 角度モーター
軸を回転し特定の角度に固定することができる。

電子工作で利用される代表的なモーターとしては、[「SG90」シリーズ](https://akizukidenshi.com/catalog/g/g108761/)
があるが、これはレゴブロックと連携させることが難しい。レゴブロックと連携させることができるモーターとしては
* M5STACKの[Servo Kit 180°/360°](https://docs.m5stack.com/ja/accessory/servo_kit)
* KittenBotの[GeekServoシリーズ](https://www.kittenbot.cc/collections/motor-servo)
などがある。両者の違いとして、M5STACKは軸の形状がSG90と同様の歯車型であるのに対して、GeekServoはレゴテクニックの十字軸であり、連携がしやすい。今回は「GeekServoシリーズ」を使用する。

# マイコンについて
これらのモーターを制御するには、マイコンが必要です。マイコンには「Arduino」「ESP32」などありますが、今回は「micro:bit」を使用する。その理由としては
* LEDやボタンがついており、ラジコン以外にも遊べそう
* ビジュアルプログラミングに対応しており、子供でもプログラミングできる
* もう、持っていた（これが一番大きな理由）

# レゴテクニックの入手方法
調べても正確な情報がよくわからず、これが正しいかわかりませんが。

当初は、レゴ社からパーツの詰め合わせセットなるものが販売されているのだろう、と思っていたのですが、そうではなく、レゴ社から[自動車やバイクなどを作るセット](https://www.lego.com/ja-jp/themes/technic)が販売されており、これを購入してパーツを流用するようです。結構高いです。

パーツのばら売りをしているショップがあるようです。
* [Brickers!](https://brickers.jp/collections/technic)

パーツの詰め合わせセットを購入したい場合は、互換品を購入するしかないようです。アマゾンやメルカリで検索したら山ほどでてきます。

私は、まずレゴテクニックの自動車セットを購入しました。これでラジコン作れる、と思ったら、全然パーツが足らなかった。結局、互換品のパーツ詰め合わせセットを購入しました。

# 作り方

## 前輪
長い「リフトアーム」という部品に、「ペグ」を差し込んで、長方形の枠を作ります。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/f518352f-8e8b-a619-d23b-1cf19fd6e87f.png)

リフトアームの四隅に、ペグを差し込んで、接続します。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/03079a10-ccd3-a788-5d5a-333a336d1f12.png)

差し込みます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/feb0c09a-5c62-f080-9544-83925eaface6.png)

ペグには、硬いペグとゆるいペグがあり、今回は「ゆるいペグ」を使います。ゆるいペグを使うと、このように台形に歪ませることができます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/97a59680-46b5-37ad-82aa-17af4153bc02.png)

次にタイヤを取り付けます。これら3個のパーツを使います。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/e20b4741-2dad-0421-e899-455db23767f2.png)

こんなふうにします。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/ef6cb0b1-48ce-bcf6-394f-3b3c671668b1.png)

十字型の長い棒は「軸」と呼ばれ、タイヤにも同じく十字型の穴があいています。タイヤを取り付けましょう。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/62142023-ec67-eeef-74e8-80d8e75d4d12.png)

これで、基本的な前輪のパーツができました。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/b89feaa2-0505-0f86-2a3f-7ceb54ed8006.png)

次に、前輪を左右にハンドルを切る仕組みが必要です。
溝が付いた「ギヤラック」と呼ばれる部品を使います。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/7976cda8-a35e-1847-1413-e6be58b59140.png)

ギヤラックを前輪パーツの手前側に、こんなふうにとめます。歯車でこの溝を動かすことで、左右にハンドルを切ることができます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/a44bcafa-4ef3-26a4-c8da-884f7ddb11ce.png)

次に、前輪パーツを車体に取り付ける準備をします。写真の右にある部品を取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/27b38d2f-fd00-ed38-13a1-81835da80417.png)

これで前輪パーツの出来上がりです。ギヤラックの溝を角度モーターに取り付けた歯車が回転することで、車輪が右に向いたり、左に向いたいりする仕組みです。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/d838da96-bfee-7647-1c57-6aa532017e07.png)

角度モーターに歯車（歯数24のもの）を取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/845b8005-35bb-88cc-2882-9c4bf193b3d3.png)

歯車がギヤラックの溝にハマるように取り付けます。その際、以下の写真のように、二段階高さを調節して取り付ける必要があります。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/2066d6a0-6afa-1606-7b12-cf1127f35f81.png)

実際に歯車が動作するところはこちらです。

![241211_142839_sh.gif](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/7fc7890d-ed13-591a-4965-9a7451570757.gif)

## 後輪

後輪の完成形は次のようなものです。作り方を順をおって説明します。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/92974ee4-f637-0086-2b48-a44cbe6f02cc.png)

特殊な部品である「ディファレンシャルギア」（通称、デフ）を使用します。
ディファレンシャルギアについての詳しい説明は省きます（できない）が、これがあるとカーブをスムーズに曲がることができる部品です。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/6200d4eb-40cb-35c8-9d33-2e1869c2914b.png)

それではディファレンシャルギアを組み立てます。まずディファレンシャルギア内部に、小さい歯車を3つ取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/6c156a96-7d3c-0c3d-07d7-0d0253af56b7.png)

これらの部品を準備して。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/bd4e5959-5ea7-1e19-0b9e-3272d8ce6c20.png)

このように左右からタイヤを取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/7394db14-89c2-8242-6e8a-65764c2a5643.png)


次にこういう部品を準備して

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/97a3902b-fa41-747a-0195-117670e84ef6.png)

このようにとりつけます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/92974ee4-f637-0086-2b48-a44cbe6f02cc.png)

これで後輪パーツは完成です。後輪パーツは、下側にある小さい歯車を回転モーターで回します。この歯車が回ると、左右のタイヤがまわる仕組みです。左右のタイヤはそれぞれ、違う回転数で回ることができます。カーブなどでは、左右のタイヤはそれぞれ、違う回転数で回る必要がありますから、カーブをスムーズに走行することができます。それがディファレンシャルギアの役割りです。

![241206_140100_sh.gif](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/307dd274-48a3-f231-04d0-8321a0195295.gif)

で、その小さい歯車を回すためには、モーターと大きな歯車（歯数40のもの）を使います。ただし、つなげるにはひと工夫が必要です。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/1775ca08-0ab0-fcd9-35b4-b8b11a1a0431.png)

下の写真の通り、上に1.5段（赤色の枠1段と、黒のリフトアーム0.5段）上空から、つなぎます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/93a9e468-0025-2b85-d308-4e7650b54670.png)

もう１つ赤枠を準備して、それを後輪パーツに2段重ねします。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/f2c63728-35e1-6a51-3aa9-c088680d1cc5.png)

⇩

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/04876027-d79c-f0b4-7bd3-18015ce608bc.png)

そこに0.5段の高さのリフトアームをつけたモーターをとりつけて、完成です。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/199a9175-4d41-e748-57df-76b0b27d1369.png)

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/93a9e468-0025-2b85-d308-4e7650b54670.png)

実際に動作するところはこちらです。

![241211_143024_sh.gif](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/2ab90c17-7914-ab1c-84b6-edd0602e63e4.gif)

## 前輪と後輪をつなげる（車体をつくる）

前輪と後輪パーツをつないで、大きな車体を作ります。長いリフトアームをつないで作りました。ここには後でmicro:bitとモーターなどが載りますので、少し大きめにする必要があります。
ここはそれぞれ、個性を出せる場所だと思います。あくまで一例として参考にしてください。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/777b6afe-853b-840d-b7fa-1c59c30b8dc9.png)

またこの時、前輪パーツの歯車とギヤラック（溝のあるパーツ）がうまくハマるように、高さを調節して、角度モーターを取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/523fdea7-45e4-418e-d945-40896b5e9d31.png)

## micro:bitを乗せる
モーターを制御するためにmicro:bitを使います。しかし現状では、以下の問題があります。
1. micro:bitとレゴブロックを連結して組み合わせることができません
1. micro:bitとモーターを動作させるための電源が必要です
1. micro:bitとモーターを接続することができません
これらの問題をまるっと解決するために、Yahboom社の[Super:bit Expansion Board](http://www.yahboom.net/study/Super:bit)を利用します。super:bitとは以下のようなものです。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/4952f987-cc37-8c59-f368-1bf10fe04ac1.png)

super:bitについては、[サヌキテックネットさんの記事](https://sanuki-tech.net/micro-bit/appendix-products/yahboom-super-bit-expansion-board/)がとても詳しいです。ぜひリンク先を参照してください。

ここで大事なことは、super:bitを使うと、上記の問題をすべて解決できるということです。
* レゴブロックと接続するための穴がある（ペグがささります）
* リチウムイオン電池(18650)を搭載可能。USBケーブルより充電可能
* サーボモーターと接続するためのコネクタがある

このように、super:bitは、micro:bitとレゴブロックを連携させて作品を作る際には、とても便利です。

super:bitを取り付けられるよう、車体にリフトアームを取り付けます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/377de954-00c1-858e-e53e-9363cda7d605.png)

super:bitを、車体に載せます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/acb4e34f-f235-aa65-7c45-8b9e881d7f8e.png)

サーボモーターのコネクタをsuper:bitにつなぎます。
角度モーター（前輪）はS1に、回転モーター（後輪）はS2につなぎました。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/245196/985b0b0b-8ff7-2258-377b-56b208f21dc1.png)

これで、ラジコン本体は完成です！
さあ、早速ラジコンを操作してみましょう・・・。あれ？何かが足りません。
そう、コントローラーです。コントローラーがない。micro:bitにはまだ何もプログラムを書き込んでもない。

今回はここまでです。次回、「ラジコンは作った。コントローラーはどうする？」の回をお楽しみに！