クレーンアーム

obniz の 1. リモートから操作できる機能、2. サーボモータ制御機能を活かして、クレーンゲームのアーム制御を実現します。
クレーンはX, Y, Z軸をステッピングモーターで移動させ、クレーンアームはサーボモーターで動作させます。
今回作成するのは、クレーンアームの機構部分とサーボモーターの制御部分になります。
X, Y, Z 軸でクレーンベッドを移動させるステッピングモーター制御は既存のものを使うので、今回の作成範囲外です。

obniz Board 1Y
Stepping motor MG90S	SG90 の金属ギア仕様
クレーンアーム	この後説明します

obniz とサーボモーターを直接繋ぐだけです。


<style>
#sampleA,
#sampleB {
    padding: 5px 15px;
    border-radius: 10px;
    color: white;
    cursor: pointer;
}
#sampleA {
    background-color: red;
}
#sampleB {
    background-color: blue;
}
#sampleController {
    width: 360px;
    margin: 10px 0;
    text-align: center;
}
#sampleOutput {
    width: 300px;
    padding: 30px;
    font-size: 30px;
    background-color: yellow;
    text-align: center;
    border-radius: 10px;
}
</style>
<html>
  <head>
    <meta charset="utf-8" />
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1" />
    <link
      rel="stylesheet"
      href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.3.1/css/bootstrap.min.css"
    />
    <script src="https://code.jquery.com/jquery-3.2.1.min.js"></script>
    <script
      src="https://unpkg.com/obniz@3.14.0/obniz.js"
      crossorigin="anonymous"
    ></script>
  </head>
  <body>

    <div id="obniz-debug"></div>
    <div>
    <button class="btn btn-primary" id="arm_cw">ARM Open</button>
    <button class="btn btn-primary" id="arm_ccw">ARM Close</button>
    </div>
    

    <script>
      var obniz = new Obniz("XXXX-XXXX");

      obniz.onconnect = async function() {
        var gpio1 = obniz.wired("LED", { anode: 4, cathode: 3 });
        var gpio2 = obniz.wired("LED", { anode: 5, cathode: 3 });
        var gpio3 = obniz.wired("LED", { anode: 6, cathode: 3 });
        var servo = obniz.wired("ServoMotor", {gnd:0,vcc:1,signal:2});

        obniz.display.clear();
        obniz.display.print("Hello World");

        obniz.switch.onchange = function(state) {
          $("#print").text(state);
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print(state);
        };

        $("#showtime").on("click", function() {
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print($("#text").val());
        });
                
        $("#showtime2").on("click", function() {
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print($("#text2").val());
        });
        $("#arm_cw").click(function() {
          //LED.on();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("ARM CW");
          //var servo = obniz.wired("ServoMotor", {gnd:0,vcc:1,signal:2});
          // for 1 servo motor
          for (let i = 60; i < 140; i++) {
            // for 3 servo motors
          //for (let i = 30; i < 60; i++) {
            servo.angle(i); // half position
            obniz.wait(10);
            //obniz.wait(100);
          }
        });

        $("#arm_ccw").click(function() {
          //LED.off();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("ARM CCW");
                    
          //var servo = obniz.wired("ServoMotor", {gnd:0,vcc:1,signal:2});
          // 1 servo motors
          for (let i = 140; i > 40; i--) {
          // 3 servo motors
          //for (let i = 60; i > 30; i--) {  
            servo.angle(i); // half position
            obniz.wait(5);
            //obniz.wait(50);
          }
        });

        $("#gpio_on").click(function() {
          gpio1.on();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("ON");
        });

        $("#gpio_off").click(function() {
          gpio1.off();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("OFF");
                    
        });

                
        $("#gpio2_on").click(function() {
          gpio2.on();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("ON");
        });

        $("#gpio2_off").click(function() {
          gpio2.off();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("OFF");
                    
        });
                
        $("#gpio3_on").click(function() {
          gpio3.on();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("ON");
        });

        $("#gpio3_off").click(function() {
          gpio3.off();
          obniz.display.clear();
          obniz.display.print("OFF");
                    
        });
      };
      window.onload = function() {
  setInterval(function() {
    var dd = new Date();
    document.getElementById("T1").innerHTML = dd.toLocaleString();
  }, 1000);
}
    </script>
    <body>
<div id="T1"></div>
</body>
  </body>
</html>

Obniz website にサンプルがありますので参考にしました。
コピー＆モディファイでできるので、直感的に理解できて、あっという間に完成です。
簡単に思い通りに動かすことができ、初めて使う Obniz でしたが、プログラムコーディングに対する不安は払拭されました。

もともと3本のアームを並列に接続した3個のサーボモーターで動作させることを考えましたが、Obniz からの出力電流だけでは動作しません。
トランジスタで電流を増幅して対応することもできますが、今回は1個のサーボモーターで3本アームを動かすことにしました。

パーツは Autodesk Fusion360 で設計して、Ultimaker Cura でスライスして、３Dプリンターを作りました。

Fusion360 でモデリングします。

Fusion360 で出力した stl ファイルを Cura に読み込ませて gcode ファイルを作成します。

3D プリンターは Anycubic Mega S を使ってます。Cura で作成した gcode ファイルを読み込ませて印刷します。

モータマウントに、アーム、サーボモーター、カムを取り付けます。

obniz をサーボモーターに繋ぎます。

カムのデザインが悪くてアームを動かせないなど、問題多発でトライ&エラーのループに陥りました。

ここに動画が表示されます

一般的なサーボモーターの制御は、PWM を使って、20msec サイクルで、最初の 2msec 程を Hi、そのあとを Lo にして、Hi の時間を微妙に調整して、モーターの角度を決めます。
これをマイコンでは、クロック数から計算してパルスを送るので、調整が難しいのです。
Obniz では PWM 機能の他にサーボモーター専用の機能が用意されており、角度を指定するだけでモーター角が制御できます。とても簡単に実装できました。