消防ロボット　SUIJIN MK-1

概要・基本構成

①送信側のArduinoがオペレータのジョイスティックの操作量，ボタンの信号，放水量調整可変抵抗を読み取ります．

②操作量に応じたモータの回転速度を計算し，受信側のArduinoへ数値を送ります．

③メカハードは，車体，タンク，電子バルブ，3Dで制作したポンプと砲座で構成されています．

解説

ユーチューブ　ニコニコ動画　にて　動作しているPVを公開しています．
(本編は2:15~)

ニコニコ動画

[https://www.nicovideo.jp/watch/sm41604261)

構成解説編は現在準備中です．
後日作成次第，公開します．

ポイント

●モータを制御するため，送信側のArduinoが操作量を読み取る事
●複数のモータの回転速度に関係する複数の数値を送受信する事
●水漏れが無いようにパッキン，シールを用いること
です．

今回は，Arduino+XBeeのを使ったジョイスティックワイヤレスコントローラシステムを応用して
水を放出し，火を消す　消防ロボットを製作しました．

1⃣本体構成

①内部構成

簡単な車体内部構成をポンチ絵程度の断面図で示します．(拡大できます)

車体は，コントローラから無線で信号を受信し，砲座，ポンプを回転　水路の開閉を行う電磁弁には
ON/OFF指令を出力します．

電磁弁は開いた状態で初めてポンプが回るように，プログラムを組んでいます．
砲座と車体の履帯(クローラ)は電磁弁の状態によらず，動作可能です
(後程プログラムチャートを示します)

各種用機器の画像は以下になります

②タンク

タンク外観です．
ポリタンクやペットボトル等検討しましたが，車体に合わせられる形状にしたかったので，
自作することにしました．

タンクの材質は塩ビ板で，ホームセンターで売られている
塩ビ三角棒と接着剤で補強し，水漏れが発生しないように，
シリコンシーラントを使っています．

タンクとL字の塩ビパイプを接続する配管は
金属パテで固定し，ゴムで水漏れを防ぐようにしています．

③メインポンプ

メインポンプの外観です.
タンクと接続する配管は，接着と水漏れ防止をするため，金属パテを使っています．

ポンプは，モータRS775とビームカップリングで接続されています．

続いてポンプ内側です．
ポンプは渦巻ポンプというもので，羽が回転することで，
水を回転方向へ押し出します．
ハウジングや，羽は3Dプリンターで製作しています．
(調べたところ，消防車も同じ形式のものを使っているそうです．)

↑の羽は，ネジでアルミ製の軸と締結されています．
この軸は，ビームカップリング・モータの順番に接続されているのですが，
ビームカップリングと羽の間に，ポンプカバーとベアリングホルダーがあります．
カバーとベアリングホルダーには，軸を通す穴が開いています．

製作当初，隙間から水が漏れてしまう事態が発生するので，
PDUパッキンという，回転軸から水が漏れないようにする部品があり，利用しています．
ただ，材質がゴムのため，軸とパッキンで摩擦が発生し，モータが回らない事態が発生しました．
(プロジェクト中止を覚悟しました)
ただ，パッキンと軸にシリコングリスを塗り付けて，摩擦を弱めることに成功！

また，ベアリングを，ベアリングホルダーにはめる際，
外周をアロンαで接着しています．
目的は，ベアリングが外れる事の防止と，水漏れ防止です．

④砲座

ノズルは取り外した，砲座外観です．

砲座は，X,Z軸の回転が可能で，回りすぎを防止するため．
各回転軸に対して，可変抵抗を設けています．

モータ，可変抵抗，砲座回転軸にギアが取り付けられており，
モータが回転したら，可変抵抗と砲座軸のギアが回り，
可変抵抗の値が所定の位置に達したらモータが停止する
プログラムを組んでいます．

Z軸回転の砲座も，ギアは可変抵抗，回転軸，モータに取り付けられ，
モータが回ることで，回転軸と可変抵抗が回り，
可変抵抗の値が所定の位置に達した際に，モータは停止します．
上段にギアボックス，下段に可変抵抗と回転軸の軸受けがあります．

2⃣電子回路

続いて電子回路の説明をします．
まずは，受信側回路　ロボットの回路
NUE MK-2とTele Fenix MK-1を併用し，電磁弁と制御用のリレーを追加しています．

続いて送信側　コントローラの回路です
ソレノイド制御用リレーへ指令を送るトグルスイッチと
ポンプモータの回転数を調整する，可変抵抗を追加しています．

3⃣制御フロー　プログラム

①配列の設定

配列を用意して，モータの回転方向回転速度，電磁弁のON/OFFの送受信を行います．

制御フローチャート

送信側，受信側の制御フローチャートを記載します．
送信は長いので，2つ図を作成しています．

送信側①

送信側②

受信側

プログラム

送信側

int SendBuf[8];
int i;

int HDatain,VDatain,HDataout,VDataout,SUITONin,SUITONout;
int button2 =2;
int button3 =3;
int button4 =4;
int button5 =5;
int button6 =6;
int DirR;
int DirL;
int SUITON_under_R_read;
int SUITON_under_L_read;
int SUITON_top_U_read;
int SUITON_top_D_read;
int SUITONDirup_out;
int SUITONDirunder_out;
int Duty1,Duty2,Duty3;
int SubSolenoid_read;
int SubSolenoid_out;
int countn=0;
int solenoidout=0;
int SUINTONin ;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(9600); 
    pinMode(button2,INPUT);
    pinMode(button3,INPUT);
    pinMode(button4,INPUT);
    pinMode(button5,INPUT);  
    pinMode(button6,INPUT);  
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  VDatain = analogRead(A0);
  VDataout = map(VDatain,0,1023,0,220);
  HDatain = analogRead(A1);
  HDataout = map(HDatain,0,1023,0,220);
  SUITONin = analogRead(A5);
  SUITONout = map(SUITONin,0,1023,0,255);
  SUITON_under_R_read = digitalRead(button2);
  SUITON_under_L_read = digitalRead(button3);
  SUITON_top_U_read = digitalRead(button4);
  SUITON_top_D_read = digitalRead(button5);
  SubSolenoid_read = digitalRead(button6);    
  //前進後退

    if(VDataout>120){
      if(HDataout>140){
        DirL = 0;
        DirR = 0;    
        Duty1 =VDataout;
        Duty2 =HDataout;
      }
      else if(140>=HDataout && 100<HDataout){
        DirL = 0;
        DirR = 0;    
        Duty1 =(VDataout-110)*2;
        Duty2 =(VDataout-110)*2;
      }
      else{
        DirL = 0;
        DirR = 0;    
        Duty1 =(200-HDataout);
        Duty2 =VDataout;
      }             
    }
    else if(VDataout<=120 && VDataout>=95){
      if(HDataout>110){
        DirL = 1;
        DirR = 0;    
        Duty1 =(HDataout-115)*2;
        Duty2 =(HDataout-115)*2;
      }
      else if(HDataout<110){
        DirL = 0;
        DirR = 1;    
        Duty1 =(108-HDataout)*2;
        Duty2 =(108-HDataout)*2;
      }
      else{
        DirL = 2;
        DirR = 2;    
        Duty1 =0;
        Duty2 =0;
      }                      
    }

    else{
      if(HDataout>150){
        DirL = 1;
        DirR = 1;    
        Duty1 =(HDataout-120)*2;
        Duty2 =(120-VDataout)*2;
      }
      else if(150>=HDataout && HDataout>100){
        DirL = 1;
        DirR = 1;    
        Duty1 =(120-VDataout)*2;//(110-VDataout)*2
        Duty2 =(120-VDataout)*2;//(110-VDataout)*2
      }
      else{
        DirL = 2;
        DirR = 2;    
        Duty1 =(120-HDataout)*2;
        Duty2 =(120-VDataout)*2;
      }                                
    }
    
    if(SUITON_under_R_read==LOW || SUITON_under_L_read==LOW){     //砲台下側左右
      if(SUITON_under_R_read==LOW){
        SUITONDirunder_out=1;
      }
      else{
        SUITONDirunder_out=0;
      }
    }
      else{
        SUITONDirunder_out=2;              
      }    
    if(SUITON_top_U_read==LOW || SUITON_top_D_read==LOW){     //砲台上側上下
      if(SUITONDirup_out==LOW){
        SUITONDirup_out=1;
      }
      else{
        SUITONDirup_out=0;
      }            
    }    
    else{
      SUITONDirup_out=2;              
    }       

                            //for無限ループからのbreakで脱出

    if (SubSolenoid_read==HIGH) {
      solenoidout=0;
      
    }
    else{
      solenoidout=1;
      
    }
    
   //SendBuf[0] = 0xFF;
   //SendBuf[1] = 0xFF;
   SendBuf[0] = DirL;
   SendBuf[1] = Duty1;
   SendBuf[2] = DirR;
   SendBuf[3] = Duty2;
   SendBuf[4] = SUITONDirunder_out;
   SendBuf[5] = SUITONDirup_out;
   SendBuf[6] = solenoidout;
   SendBuf[7] = SUITONout;      
   //SendBuf[4] = 0;
   Serial.write(255);
   Serial.write(255);
   //Serial.print(255); 
   //Serial.println(255); 
   for(i=0;i<8;i++){
   
   //Serial.println(SendBuf[i]); 
   Serial.write(SendBuf[i]);
   }      
   Serial.write(0);
   //Serial.println(0);
   //Serial.print("VDataout");
   //Serial.println(VDataout);     
   //Serial.print("HDataout");
   //Serial.println(HDataout); 
   //Serial.println(SubSolenoid_read);
  delay(200); 
}

受信側

/*int PIN_OUT1=22;
int PIN_OUT2=23;
int PIN_OUT3=24;
int PIN_OUT4=25;//←メインモータの回転方向*/
int PIN_VREF4=4; 
int PIN_VREF5=5;
int PIN_VREF6=6; 
int PIN_VREF7=7;//←ここまで砲台モータ

int PIN_VREF2=2; 
int PIN_VREF3=3; 
int PIN_VREFD8=8; 
int PIN_VREFD9=9;//←ここまでメインモータ 


int PIN_SUITON=10;//←放水モータ
int PIN_solenoid=11;//電磁弁ONOFF
int PIN_SUITOND=12;//←放水モータ方向


int RcvData=0;

int RcvBuf[8];//配列数は送られてきたデータの数n カウント数はn-1

//int MT_Rin=5;
//int MT_Lin=6;
int MT_RoutSerial=0;
int MT_LoutSerial=0;
int MT_RoutSerial2=0;
int MT_LoutSerial2=0;
int MT_RSuboutSerial=0;
int MT_LSuboutSerial=0;
int i=0;
int RcvState=0;
//int RcvCountF=0;
//int RcvCountS=0;
int RcvC=0;
int MT1D=0;
int MT2D=0;
int MT1S=0;
int MT2S=0;
int RcvCount=0;
int SUITONvalue=0;
int analogupper;
int analoglower;
int VDataout1;
int VDataout2;


void setup() {
    Serial.begin(9600); // 9600bpsでシリアルポートを開く
  /*pinMode(PIN_OUT1,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_OUT2,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_OUT3,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_OUT4,OUTPUT);*/
  pinMode(PIN_VREF2,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_VREF3,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_VREF4,OUTPUT);  
  pinMode(PIN_VREF5,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_VREF6,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_VREF7,OUTPUT);   
  pinMode(PIN_VREFD8,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_VREFD9,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_SUITON,OUTPUT);
  pinMode(PIN_solenoid,OUTPUT); 
  pinMode(PIN_SUITOND,OUTPUT);     
}

void loop() {
  while(Serial.available() > 0){
    RcvData=Serial.read();
    //Serial.println(RcvData);
    //Serial.println(RcvState);               
          switch(RcvState){
            case 0:
                 if(RcvData==255){
                    RcvState = 1; 
                    //Serial.print("RcvData1"); 
                    //Serial.println(RcvState);             
                 }
                break;
            case 1:
                 if(RcvData==255){
                    RcvState = 2;
                    //Serial.print(" RcvData2"); 
                    //Serial.println(RcvData);             
                 }
                 else{
                    RcvState = 0;            
                 }                               
                 break;
            case 2:
                RcvBuf[RcvCount]=RcvData;
                RcvCount++;
                if(RcvCount >=9){
                 RcvCount=0;     
                 RcvState = 3; 
                 //Serial.print(" RcvData*"); 
                 //Serial.println(RcvData); 
                }
                break;              
            case 3:
                MotorCnt();
                RcvState=0;
                break;                            
              }                               
                 //Serial.print(" RcvCount*"); 
                 //Serial.println(RcvCount); 
           }
                 //Serial.print(" RcvData*"); 
                 //Serial.println(RcvData); 

         }

void MotorCnt(){
  //モータ1の制御
  //digitalWrite(13, HIGH );
  //delay(100); 
  //digitalWrite(13, LOW );
  //delay(100);
  //digitalwriteが先でanalogWriteが後！！
  analogupper = analogRead(A0);
  VDataout1 = map(analogupper,0,1023,0,255);
  analoglower = analogRead(A1);
  VDataout2 = map(analoglower,0,1023,0,255);
  
  if(RcvBuf[0]==0 || RcvBuf[0]==1){
    if(RcvBuf[0] == 0){
      MT_LoutSerial = RcvBuf[1];
      //Serial.print("左前");
      //Serial.print(MT_LoutSerial); 
      digitalWrite(PIN_VREFD8,HIGH);
      analogWrite(PIN_VREF2,MT_LoutSerial); 
      }
      else{
      MT_LoutSerial = RcvBuf[1];
      //Serial.print("左後");
      //Serial.print(MT_LoutSerial);
      digitalWrite(PIN_VREFD8,LOW);    
      analogWrite(PIN_VREF2,MT_LoutSerial); 
      }
    if(RcvBuf[2] == 0){
      MT_RoutSerial = RcvBuf[3];
      //Serial.print("右前");
      //Serial.println(MT_RoutSerial);
      digitalWrite(PIN_VREFD9,HIGH); 
      analogWrite(13,MT_RoutSerial); 
      }
      else{
      MT_RoutSerial = RcvBuf[3];
      //Serial.print("右後");
      //Serial.println(MT_RoutSerial);
      digitalWrite(PIN_VREFD9,LOW);
      analogWrite(13,MT_RoutSerial); 
      }
    }
  else{//MT_RoutSerial2とLoutSerial2は回転方向表示用変数　また，回転速度の表示を行うと，ジョイスティックが中立になっても，受信側の値が0にならないので，analogwrite(PWM出力)の値は強制的に0にしている
    //MT_RoutSerial2 = RcvBuf[0];
    //MT_LoutSerial2 = RcvBuf[2];
    //Serial.print("停止 ");
    //Serial.print("左回転方向");
    //Serial.print(MT_LoutSerial2);    
    //Serial.print("右回転方向");
    //Serial.print(MT_RoutSerial2);
    //Serial.print("回転速度");         
    //Serial.print(MT_LoutSerial);
    //Serial.print(" ");           
    //Serial.println(MT_RoutSerial);    
    digitalWrite(PIN_VREFD8,LOW);
    digitalWrite(PIN_VREFD9,LOW);
    analogWrite(PIN_VREF2,0);              
    analogWrite(PIN_VREF3,0); 
    }
  if(RcvBuf[4]==0 || RcvBuf[4]==1){  
    if(RcvBuf[4] == 0){//ここから配列　ボタン入力の処理を描いてゆく
      if(VDataout1<170){
        analogWrite(PIN_VREF4,50);                  
        analogWrite(PIN_VREF5,0);      
        Serial.print("砲座X");
        Serial.println(1);
        }      
      else{                           //角度が大きければ停止
        analogWrite(PIN_VREF4,0);               
        analogWrite(PIN_VREF5,0);     
        Serial.print("砲座X");
        Serial.println(2);
        }      
    }
    else if(RcvBuf[4] == 1){
      if(VDataout1>50){
        analogWrite(PIN_VREF4,0);             
        analogWrite(PIN_VREF5,50);       
        Serial.print("砲座X");
        Serial.println(3);
        }      
      else{                           //角度が大きければ停止
        analogWrite(PIN_VREF4,0);                
        analogWrite(PIN_VREF5,0);       
        Serial.print("砲座X");
        Serial.println(4);
        }         
    }
  }
    else{                             //ボタンが押されていないので停止
        analogWrite(PIN_VREF6,0);               
        analogWrite(PIN_VREF7,0);       
        Serial.print("砲座X");
        Serial.println(5);            
    }   
  if(RcvBuf[5]==0 || RcvBuf[5]==1){  
    if(RcvBuf[5] == 0){
      if(VDataout2<190){
        analogWrite(PIN_VREF6,70);             
        analogWrite(PIN_VREF7,0);      
        Serial.print("砲座Z");
        Serial.println(1);
      }
      else{
        analogWrite(PIN_VREF6,0);                
        analogWrite(PIN_VREF7,0);       
        Serial.print("砲座Z"); 
        Serial.println(2);               
      }
    }
    else if(RcvBuf[5] == 1){
      if(VDataout2<30){
        analogWrite(PIN_VREF6,0);                 
        analogWrite(PIN_VREF7,70);     
        Serial.print("砲座Z"); 
        Serial.println(3);      
      }
      else{
        analogWrite(PIN_VREF6,0);                
        analogWrite(PIN_VREF7,0);       
        Serial.print("砲座Z"); 
        Serial.println(4);               
      }
    }
  }
    else{
        analogWrite(PIN_VREF6,0);                 
        analogWrite(PIN_VREF7,0);       
        Serial.print("砲座Z"); 
        Serial.println(5);                  
    }
    
    if(RcvBuf[6] == 1){
      SUITONvalue = RcvBuf[7];
      digitalWrite(PIN_SUITOND,HIGH);       
      analogWrite(PIN_SUITON,SUITONvalue);
      digitalWrite(PIN_solenoid,HIGH);  
    }
    else{
      SUITONvalue = 0;
      digitalWrite(PIN_SUITOND,HIGH);       
      analogWrite(PIN_SUITON,0);      
      digitalWrite(PIN_solenoid,LOW);  
    }     
    Serial.print("可変抵抗⇓");
    Serial.println(VDataout2);   
  delay(100);
}

電子部品

最後に本製作例で使用した電子部品を紹介します．

また，記載されている内容で不備や，不足しているところ，追加してほしい内容が
ありましたら，ご連絡ください．
(レスポンスは悪いかもしれませんが)