SpresenseTank

この作品は、「SPRESENSEを使った小型タンクを開発する」ことを目的としたものです。
柔軟に改造が効きやすく、部品は入手性及び、低コストのものを使用しています。
２０２５年 SONY SPRESENSEコンテストで提供いただいたモニター品を活用し制作しています。

通信機能として、SPRESENSE対応のWifiボードを活用し、タンクの操縦、カメラ映像の遠隔確認を考えていました。
残念ながら、モニター品としては、SPRESENSEのメインボードと拡張ボードでした。
そのため、通信機能については、カメラなしのタンクの操縦のみとなっています。

ここに動画が表示されます

・操作可能で小型な車であること
・極力、お金をかけずに制作できること
・既製品との差別化ができること（機能アップができること）

タンクの通信には、BLE（SPP：Serial Port Profile）を利用しています。
送信機は、対応したアプリケーションの作成が必要になります。
タンクを操作するのにデータを送信する簡単なものとして、Androidスマートフォンアプリの
Serial Bluetooth Terminalがおすすめです。

事前に、Androidスマートフォンと、タンクのBLEチップはペアリングが必要です。
HC-06のペアリングパスワードは、「1234」です。

値	機能
1	前進
2	後退
3	右回転
4	左回転
5	停止

作成に使用したパーツは下記となります。

NO	品目	価格
1	SONY SPRESENSE メインボード	6,050
2	SONY SPRESENSE 拡張ボード	3,850
3	L293D motor control shield v1	398
4	マイクロスライドスイッチ	460
5	HC-06	611
6	HC-SR05	359
7	マイクロ減速モーターギヤモーター	1,266
8	9Vバッテリースナップ	445
9	9V 充電式バッテリー	1,680
10	3Dプリンタによる筐体	プライスレス
11	ジャンパ線	プライスレス
	合計	15,119(モニター品以外：5,219)

部品を元に、下記配線を行います。

SPRESENSEの拡張ボードは、ArduinoUnoと互換があります。
そのため、そのまま接続することができます。
※注意点：SPRESENSEは、ArduinoUnoである所のVINピンがなく、Resevedになっているため、
モーターシールドからの直接給電は残念ながらできません。

外装を３Dプリンタで印刷します。

Banbulab A1 Miniで、PLA樹脂を使い印刷しました。
筐体のSTLデータはこちらを使わせてもらいました

組み立てにネジは不要です。キャタピラの接続には、フィラメントを切って、接続しています。

使用ライブラリ
Arduino Library Manager
・ボードマネージャ-Spresense Commuity 3.4.5

プログラム
プログラム全体を下記にのせています。
※モーターシールドのArudinoライブラリは、SPRESENSEに対応していません。そのため、作成しています。


モータードライバ（AFMotorSpresense.h）
#ifndef _AFMotorSpresense_h_
#define _AFMotorSpresense_h_

#include <inttypes.h>
#include <Arduino.h>

// Spresense用ダミー定義
#define DC_MOTOR_PWM_RATE 0
#define FORWARD 1
#define BACKWARD 2
#define BRAKE 3
#define RELEASE 4

// Arduinoピン定義 (Motor Shield V1)
#define MOTORLATCH 12
#define MOTORCLK 4
#define MOTORENABLE 7
#define MOTORDATA 8

class AFMotorController {
  public:
    AFMotorController(void);
    void enable(void);
    void latch_tx(void);
    uint8_t TimerInitalized;
};

class AF_DCMotor {
 public:
  AF_DCMotor(uint8_t motornum, uint8_t freq = DC_MOTOR_PWM_RATE);
  void run(uint8_t);
  void setSpeed(uint8_t);
 private:
  uint8_t motornum;
};

// ステッパーは今回DCモータ用のみ実装を簡略化
#endif


モータードライバ（AFMotorSpresense.cpp）
#include "AFMotorSpresense.h"

static uint8_t latch_state;

AFMotorController::AFMotorController(void) {
    TimerInitalized = false;
}

void AFMotorController::enable(void) {
  pinMode(MOTORLATCH, OUTPUT);
  pinMode(MOTORENABLE, OUTPUT);
  pinMode(MOTORDATA, OUTPUT);
  pinMode(MOTORCLK, OUTPUT);
  latch_state = 0;
  latch_tx();
  digitalWrite(MOTORENABLE, LOW);
}

void AFMotorController::latch_tx(void) {
  digitalWrite(MOTORLATCH, LOW);
  delayMicroseconds(1); // Spresenseの高速動作に合わせるための微小な待ち時間
  
  shiftOut(MOTORDATA, MOTORCLK, MSBFIRST, latch_state);
  delayMicroseconds(1);
  
  digitalWrite(MOTORLATCH, HIGH);
}

static AFMotorController MC;

AF_DCMotor::AF_DCMotor(uint8_t num, uint8_t freq) {
  motornum = num;
  MC.enable();
  
  // 各モータのPWMピン初期化
  uint8_t pwmpin;
  if (num == 1) pwmpin = 11;
  else if (num == 2) pwmpin = 3;
  else if (num == 3) pwmpin = 6;
  else if (num == 4) pwmpin = 5;
  
  pinMode(pwmpin, OUTPUT);
  analogWrite(pwmpin, 0);
}

void AF_DCMotor::setSpeed(uint8_t speed) {
  uint8_t pwmpin;
  if (motornum == 1) pwmpin = 11; // Spresenseの11はPWM不可のためデジタル動作になる
  else if (motornum == 2) pwmpin = 3;
  else if (motornum == 3) pwmpin = 6;
  else if (motornum == 4) pwmpin = 5;
  
  analogWrite(pwmpin, speed);
}

void AF_DCMotor::run(uint8_t cmd) {
  uint8_t a, b;
  switch (motornum) {
    case 1: a = 2; b = 3; break; // MOTOR1_A, B
    case 2: a = 1; b = 4; break; // MOTOR2_A, B
    case 3: a = 5; b = 7; break; // MOTOR3_A, B
    case 4: a = 0; b = 6; break; // MOTOR4_A, B
    default: return;
  }
  
  if (cmd == FORWARD) {
    latch_state |= (1 << a);
    latch_state &= ~(1 << b);
  } else if (cmd == BACKWARD) {
    latch_state &= ~(1 << a);
    latch_state |= (1 << b);
  } else {
    latch_state &= ~(1 << a);
    latch_state &= ~(1 << b);
  }
  MC.latch_tx();
}


メインプログラム（SpresenseTank.ino）
#define DC_MOTOR_PWM_RATE 1 

#include "AFMotorSpresense.h"
#include <SoftwareSerial.h>

#define SELF_UART_BAUDRATE   9600
#define TGT_SERIAL_BAUDRATE  9600

// HC-06 Pass 1234
SoftwareSerial mySerial(2, 3);  // RX | TX

AF_DCMotor R_motor(4); // defines Right motor connector
AF_DCMotor L_motor(3); // defines Left motor connector

void motorStop()
{
  Serial.println("motorStop");
  R_motor.run(RELEASE);
  L_motor.run(RELEASE);
}

void motorFoward()
{
  Serial.println("motorFoward");
  L_motor.run(FORWARD);
  R_motor.run(FORWARD);
}

void motorBack()
{
  Serial.println("motorBack");
  R_motor.run(BACKWARD);
  L_motor.run(BACKWARD);
}

void motorLeft()
{
  Serial.println("motorLeft");
  R_motor.run(FORWARD);
  L_motor.run(BACKWARD);
}

void motorRight()
{
  Serial.println("motorRight");
  R_motor.run(BACKWARD);
  L_motor.run(FORWARD);
}

void setupLight(bool led1, bool led2, bool led3, bool led4)
{
  if (led1) {
    digitalWrite(LED0, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED0, LOW);
  }

  if (led2) {
    digitalWrite(LED1, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED1, LOW);
  }

  if (led3) {
    digitalWrite(LED2, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED2, LOW);
  }

  if (led4) {
    digitalWrite(LED3, HIGH);
  } else {
    digitalWrite(LED3, LOW);
  }
}

void setup() 
{
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(LED0, OUTPUT);
  pinMode(LED1, OUTPUT);
  pinMode(LED2, OUTPUT);
  pinMode(LED3, OUTPUT);

  Serial.begin(SELF_UART_BAUDRATE);
  mySerial.begin(TGT_SERIAL_BAUDRATE);

  //モータースピードを設定(0~255の範囲)
  L_motor.setSpeed(200);
  R_motor.setSpeed(200);

  R_motor.run(RELEASE);
  L_motor.run(RELEASE);

  Serial.println("setup");
}

void loop() 
{
  if (mySerial.available())   {
    char data = mySerial.read();
    switch(data)   {
      case '1':
        Serial.println("foward"); 
        setupLight(true, false, false, false);
        motorFoward();
        break;
      case '2':
        Serial.println("back"); 
        setupLight(false, true, false, false);
        motorBack();
        break;
      case '3':
        Serial.println("right"); 
        setupLight(false, false, true, false);
        motorRight();
        break;
      case '4':
        Serial.println("left"); 
        setupLight(false, false, false, true);
        motorLeft();
        break;
      case '0':
        Serial.println("stop"); 
        setupLight(false, false, false, false);
        motorStop();
        break;
      default:
        //Serial.println(data); 
        break;
    }
    delay(150);
  }
}

送信機は、Androidスマートフォン用のアプリを作成しました。
開発にはUnityを使っています。
根幹となる通信プログラムをもとに自由にUXを作成してみてください。


BLE
using System;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;
using UnityEngine.Android;

public class BluetoothSerialSender : MonoBehaviour
{
    private AndroidJavaObject _bluetoothAdapter;
    private AndroidJavaObject _bluetoothSocket;
    private AndroidJavaObject _outputStream;

    // 標準的なSPP（シリアルポートプロファイル）のUUID
    private const string SPP_UUID = "00001101-0000-1000-8000-00805F9B34FB";

    // 接続先デバイス名（HC-06など）
    public string targetDeviceName = "HC-06";
    public string LastSentMessage { get; private set; } = "";
    public Text logText;

    void Start()    {
        // アプリ起動時に権限をチェック
        CheckBluetoothPermissions();
    }

    public void Connect()    {
        try   {
            var bluetoothAdapterClass = new AndroidJavaClass("android.bluetooth.BluetoothAdapter");
            _bluetoothAdapter = bluetoothAdapterClass.CallStatic<AndroidJavaObject>("getDefaultAdapter");

            if (_bluetoothAdapter == null) {
                SetLog("Bluetooth not supported");
                return;
            }

            // ペアリング済みデバイスを取得
            AndroidJavaObject pairedDevices = _bluetoothAdapter.Call<AndroidJavaObject>("getBondedDevices");
            if (pairedDevices == null) {
                SetLog("device list error");
                return;
            }
            AndroidJavaObject iterator = pairedDevices.Call<AndroidJavaObject>("iterator");

            AndroidJavaObject targetDevice = null;
            while (iterator.Call<bool>("hasNext")) {
                AndroidJavaObject device = iterator.Call<AndroidJavaObject>("next");
                string name = device.Call<string>("getName");
                if (name == targetDeviceName) {
                    targetDevice = device;
                    break;
                }
            }

            if (targetDevice != null) {
                // ソケットの作成
                AndroidJavaClass uuidClass = new AndroidJavaClass("java.util.UUID");
                AndroidJavaObject uuid = uuidClass.CallStatic<AndroidJavaObject>("fromString", SPP_UUID);
                _bluetoothSocket = targetDevice.Call<AndroidJavaObject>("createRfcommSocketToServiceRecord", uuid);

                // 接続
                _bluetoothSocket.Call("connect");
                _outputStream = _bluetoothSocket.Call<AndroidJavaObject>("getOutputStream");
                SetLog($"{targetDeviceName} connect success！");
            } else {
                SetLog("No devices found, please check pairing.");
            }
        }
        catch (Exception e) {
            SetLog("ERROR: " + e.Message);
        }
    }

    private void SetLog(string message)    {
        LastSentMessage = message;

        if (logText != null) {
            logText.text = message;
        }
        Debug.LogWarning(message);
    }

    public void Disconnect() {
        if (_bluetoothSocket != null) {
            _bluetoothSocket.Call("close");
            _bluetoothSocket = null;
            _outputStream = null;
            SetLog("Disconnect");
        }
    }

    private void OnApplicationQuit() {
        if (_bluetoothSocket != null) 
            _bluetoothSocket.Call("close");
    }

    public void SendNumber(int value)
    {
        if (_outputStream == null) 
            return;

        try {
            string message = value.ToString() + "\n";
            byte[] bytes = System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(message);

            // Javaのbyte型に変換して送信
            sbyte[] sbytes = Array.ConvertAll(bytes, b => (sbyte)b);
            _outputStream.Call("write", sbytes);
            _outputStream.Call("flush");
            SetLog($"write: {value}");
        } catch (Exception e) {
            SetLog("error: " + e.Message);
        }
    }

    public void CheckBluetoothPermissions() {
#if UNITY_ANDROID
        // Android 12 (API 31) 以上かどうかを判定
        if (GetAndroidSDKInt() >= 31) {
            string[] permissions = {
                "android.permission.BLUETOOTH_SCAN",
                "android.permission.BLUETOOTH_CONNECT"
            };

            List<string> permissionsToRequest = new List<string>();

            foreach (string permission in permissions) {
                if (!Permission.HasUserAuthorizedPermission(permission)) {
                    permissionsToRequest.Add(permission);
                }
            }

            if (permissionsToRequest.Count > 0) {
                // まとめて権限をリクエスト
                Permission.RequestUserPermissions(permissionsToRequest.ToArray());
            }
        } else {
            // Android 11以前は位置情報の権限が必要な場合が多い
            if (!Permission.HasUserAuthorizedPermission(Permission.FineLocation))
            {
                Permission.RequestUserPermission(Permission.FineLocation);
            }
        }
#endif
    }

    // AndroidのAPIレベルを取得するヘルパー
    private int GetAndroidSDKInt() {
#if UNITY_EDITOR
        return 31; // エディタでは0を返す
#endif
        using (var version = new AndroidJavaClass("android.os.Build$VERSION")) {
            return version.GetStatic<int>("SDK_INT");
        }
    }
}