はじめに
Arduinoを使って、超音波センサーで物体との距離を測定し、その距離に応じてモーターの速度を調整するシステム を作ってみます。
今回のシステムでは、
- 基本はゆっくり前進
- 対象物が遠ざかると加速
- 対象物が3cm以下に近づくと最低速度でゆっくり移動
- 逆回転はせず、一定方向に進むだけ
という動作を行います。
シンプルな構成ですが、超音波センサーとモーター制御の組み合わせを学ぶのにちょうどいいプロジェクトです。
Arduinoを使った自律的な動作の基礎を身につけることができます。
使うもの
モーター（GeekServo 9G Motor-Red）
小型で軽量なDCモーターです。PWM制御が可能なので、Arduinoを使って速度を調整できます。
小型ロボットやモーション制御のプロジェクトに最適です。
モータードライバ（TOSHIBA TA2911217K）
Arduinoの出力だけではモーターを直接駆動できないため、このモータードライバを使います。
PWM信号を使ってモーターの速度をコントロールし、回転方向の制御も可能です。
モータードライバのピン配置は以下の通りです。
| ピン番号 | 記号 | 説明 |
|---|---|---|
| 1 | GND | グランド（ArduinoのGNDに接続） |
| 2 | OUT1 | モーター接続端子（GeekServoの赤） |
| 3 | NC | 未使用 |
| 4 | Vref | PWM制御用端子（ArduinoのPWM信号を入力） |
| 5 | IN1 | モーターの回転方向制御（Arduinoのデジタル信号） |
| 6 | IN2 | モーターの回転方向制御（Arduinoのデジタル信号） |
| 7 | VCC | 電源供給端子（Arduinoの5Vに接続） |
| 8 | Vs | モーター駆動用電源端子（Arduinoの5Vに接続） |
| 9 | NC | 未使用 |
| 10 | OUT2 | モーター接続端子（GeekServoの黒） |
超音波センサー（HC-SR04）
超音波を使って前方の障害物までの距離を測るセンサーです。
今回のプロジェクトでは、前方の物体との距離を測定し、その距離に応じてモーターの速度を調整します。
Arduino（Unoなど）
Arduino Uno を使用します。Arduinoは簡単にセンサーやモーターを制御できるので、こうしたプロジェクトには最適です。
配線（PIN配置）
Arduinoと各コンポーネントの接続は以下の通りです。
| Arduino | 接続先 | 説明 |
|---|---|---|
| 7 | モータードライバ IN1 | モーターの回転方向制御 |
| 8 | モータードライバ IN2 | モーターの回転方向制御 |
| 9 | モータードライバ VREF | PWM（速度制御） |
| 4 | 超音波センサー Trig | 距離測定のトリガー信号 |
| 10 | 超音波センサー Echo | 反射波を受信 |
| GND | 各デバイス GND | 共通のグラウンド接続 |
| 5V | モータードライバ、超音波センサー | 電源供給 |
Arduinoのコード
以下のコードをArduinoに書き込めば、距離に応じてモーターの速度が変化するようになります。
#define IN1 7 // IN1 ピン
#define IN2 8 // IN2 ピン
#define VREF 9 // Vref（PWM制御）
const int trigPin = 4; // Trig ピン
const int echoPin = 10; // Echo ピン
const float targetDistance = 10.0; // 目標距離 (cm)
const int minSpeed = 50; // 最低速度 (0-255)
const int maxSpeed = 200; // 最高速度 (0-255)
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(IN1, OUTPUT);
pinMode(IN2, OUTPUT);
pinMode(VREF, OUTPUT);
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
// 初期状態で前進
digitalWrite(IN1, HIGH);
digitalWrite(IN2, LOW);
}
float getDistance() {
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
long duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
return (duration * 0.0343) / 2; // cm に変換
}
void loop() {
float distance = getDistance();
Serial.print("Distance: ");
Serial.print(distance);
Serial.println(" cm");
int speed;
if (distance < 3.0) {
// 3cm未満なら最小速度（停止はしない）
speed = minSpeed;
}
else {
// 3cm以上なら、遠ざかるほど加速（最大20cm程度まで考慮）
speed = map(constrain(distance, 3, 20), 3, 20, minSpeed, maxSpeed);
}
// 速度適用（前進のみ）
analogWrite(VREF, speed);
Serial.print("Speed: ");
Serial.println(speed);
delay(100);
}
動作の仕組み
- 超音波センサーで前方の物体との距離を測定
- 目標距離（10cm）と比較
- 距離が遠いと加速、近いと減速
- 3cm以下になったら最小速度で前進
- 逆回転はせず、常に前進方向のみ
シンプルなロジックですが、「追従する」 という動作をしっかり実現できます。
おわりに
Arduinoとモーター制御、超音波センサーを組み合わせることで、距離に応じた速度調整ができる追従システムを作ることができました。
今回の制御ではPID制御などは使っていませんが、より滑らかに制御したい場合は導入を検討してもいいでしょう。
また、カメラや他のセンサーを組み合わせることで、より高度な自律ロボットの開発にも応用できます。
Arduinoを使ったモーター制御の基礎として、ぜひ試してみてください。
ここまで読んでいただきありがとうございました。
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