超miniサイズ二足歩行ロボット「ATOMチャン」

先日M5Stack社から新製品のATOM-S3が発売されました。

24×24の超小型サイズでESP32-S3ベースのマイコンボードを搭載していて、なんと液晶も付いています。

今回、これを使って超小型の2足歩行ロボットを作成しましたので、ここでまとめておこうかと思います。

M5Stackを使ったスタックチャンのさらに小型版、「アトムちゃん」と命名します。（超安易。。）

1 初めに
- 1.1 コンセプト
2 使用部品の小型化
- 2.1 部品調達
- 2.2 基板加工
3 動作検証
4 リアカバー作成
- 4.1 スケッチ、プリントアウト
- 4.2 部品収納
5 足と配線
- 5.1 足
- 5.2 配線
6 プログラム
- 6.1 ATOM-S3側(micropyton)
7 完成（仮）

初めに

コンセプト

2足歩行させようと思えば、最低でもサーボモーターが4つ必要（前進後退、左右旋回する場合）ですので、ATOM-S3の内部には2つ入れなければなりません。

さらにバッテリーも入れる必要があります。

サーボモータは基板に直結させるとしても、これをATOM-S3の24×24の内部に収めるにはかなり無理があります。

一回り大きい筐体を用意すればなんとか楽する事ができますが、それは今回NGとしました。

あくまでも24×24をベースに、奥行きだけを伸ばして、ATOM-S3の小ささをそのまま維持することをコンセプトとしました。

使用部品の小型化

部品調達

・超小型サーボモータ（Pingzheng1.7マイクロデジタルサーボ）

・超小型Lipoバッテリ（19×21,130ｍAh 1C ）

とにかく24×24に収まる大きさの部品を調達しました。

基板加工

使用部品を小型化で、縦、横の24×24には収まりましたが、これだけでは奥行がどうしても長くなりすぎてしまったので、その長さを縮める為に基板を加工しました。

１，PINソケットの取り外し

２，GROVEコネクタの取り外し

３，無線アンテナの取り外し

１，２はまあ使わないので良しと出来ますが、３はかなりの暴挙に出ております。汗

受信感度など無線の機能が低下するでしょうが、とりあえずアンテナを外した状態でもUDPのリモコン操作が可能でしたので、外すことにしました。

これで奥行は28mm程度に抑えることができました。

動作検証

今回使用するバッテリの容量が130mAhの１Cなので、これ１つでサーボモータ４つと基板の電源をまかなえるのか、検証を行いました。

https://twitter.com/ketunorobio/status/1610458973819506688

ギリギリだと思いますが、なんとか動作してくれました。サーボモータも４つを基板直結でも問題無さそうです。

リアカバー作成

スケッチ、プリントアウト

サーボを2つ入れる pic.twitter.com/fAmz8bBmYa
— ロビヲ (@ketunorobio) January 26, 2023

専用のリアカバーをスケッチ、３Dプリンターで印刷しました。

部品収納

なんとかサーボと電池が収まりました。
次は足を作るけど、配線出来る自信が無いな(-_-;) pic.twitter.com/2lY83ZhzZ6
— ロビヲ (@ketunorobio) January 28, 2023

なんとか部品が納まりました。

つづいて地獄の配線作業。。

足と配線

足

足が難しすぎる(-_-;)
なんとなく形にはなったけど、両足の間が狭すぎるから駄目だな。。
作り直す pic.twitter.com/SEKWJejpuH
— ロビヲ (@ketunorobio) February 1, 2023

なんせ小さいから難しい(-_-;)

試行錯誤でなんとかそれっぽく出来ました。

配線

配線後筐体になんとか収まった🎉
でもその後の歩行テストでサーボがまた焼けました🫠
なんか引っかかってしまうと一発で潰れますねミニサーボ🫠 pic.twitter.com/qDBNeRdOX4
— ロビヲ (@ketunorobio) February 2, 2023

配線がカオスですが、なんとか筐体に収まりました。

しかしこの後の動作テストでサーボモータが3回ほど故障しました。。

原因は「サーボホーンのネジの締め付け」がきつかったようです。強く締め付けた意識は無かったのですが、どうもこのミニサーボは規定のトルクを一瞬でも超えてしまうとお逝きになるっぽいです。。

さて、いよいよ完成間近です。

プログラム

ATOM-S3側(micropyton)

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM
import time
import network
from machine import PWM, Pin
import _thread
 
HOST = "IP"
PORT = ポート番号
 
wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
if not wlan.isconnected():
    print('connecting to network...')
    wlan.connect('SSID', 'PASS')
    while not wlan.isconnected():
        pass
    print('network config:', wlan.ifconfig())
print('network config:', wlan.ifconfig()) 
s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
s.bind((HOST, PORT))
 
frequency = 50
 
servo1 = PWM(Pin(5), frequency)#freq = 50)#p2.duty_u16(0)
servo2 = PWM(Pin(6), frequency)
servo3 = PWM(Pin(7), frequency)
servo4 = PWM(Pin(8), frequency)

servo1.duty(45)
servo2.duty(62)
servo3.duty(45)
servo4.duty(65)

a = 45
b = 62
c = 45
d = 65

msg = "nane"
 
def recieve():
    while(True):
        global msg
        msg = s.recv(64)    
        msg = msg.decode()
        print(msg)
        time.sleep(0.01)
 
_thread.start_new_thread(recieve, ())
 
while True:
    if msg == 'F':
        while(b <= 77):
            servo2.duty(b)
            b = b + 1
            if d <= 80:
                servo4.duty(d)
                d = d + 1
            time.sleep(0.01)
        while(c <= 60):
            servo3.duty(c)
            c = c + 1
            time.sleep(0.01)
        while(b >= 62):
            servo2.duty(b)
            b = b - 1
            if d >= 65:
                servo4.duty(d)
                d = d - 1
            time.sleep(0.01)
        while(c >= 45):
            servo3.duty(c)
            c = c - 1
            time.sleep(0.01)
        while(d >= 50):
            servo4.duty(d)
            d = d - 1
            time.sleep(0.01)
            if b >= 50:
                servo2.duty(b)
                b = b - 1
            time.sleep(0.01)
        while(a >= 30):
            servo1.duty(a)
            a = a - 1
            time.sleep(0.01)
        while(d <= 65):
            servo4.duty(d)
            d = d + 1
            if b <= 62:
                servo2.duty(b)
                b = b + 1
            time.sleep(0.01)
        while(a <= 45):
            servo1.duty(a)
            a = a + 1
            time.sleep(0.01)
    elif msg == "B":
        while(b <= 77):
            servo2.duty(b)
            b = b + 1
            if d <= 80:
                servo4.duty(d)
                d = d + 1
            time.sleep(0.01)
        while(c >= 30):
            servo3.duty(c)
            c = c - 1
            time.sleep(0.01)
        while(b >= 62):
            servo2.duty(b)
            b = b - 1
            if d >= 65:
                servo4.duty(d)
                d = d - 1
            time.sleep(0.01)
        while(c <= 45):
            servo3.duty(c)
            c = c + 1
            time.sleep(0.01)
        while(d >= 50):
            servo4.duty(d)
            d = d - 1
            time.sleep(0.01)
            if b >= 50:
                servo2.duty(b)
                b = b - 1
            time.sleep(0.01)
        while(a <= 60):
            servo1.duty(a)
            a = a + 1
            time.sleep(0.01)
        while(d <= 65):
            servo4.duty(d)
            d = d + 1
            if b <= 62:
                servo2.duty(b)
                b = b + 1
            time.sleep(0.01)
        while(a >= 45):
            servo1.duty(a)
            a = a - 1
            time.sleep(0.01)
    elif msg == "R":
        while(b <= 80):
            servo2.duty(b)
            b = b + 1
            if d <= 77:
                servo4.duty(d)
                d = d + 1
            time.sleep(0.01)
        while(c >= 30):
            servo3.duty(c)
            c = c - 1
            time.sleep(0.01)
        while(b >= 62):
            servo2.duty(b)
            b = b - 1
            if d >= 65:
                servo4.duty(d)
                d = d - 1
            time.sleep(0.01)
        while(c <= 45):
            servo3.duty(c)
            c = c + 1
            time.sleep(0.01)
    elif msg == "L":
        while(d >= 50):
            servo4.duty(d)
            d = d - 1
            time.sleep(0.01)
            if b >= 50:
                servo2.duty(b)
                b = b - 1
            time.sleep(0.01)
        while(a <= 60
              ):
            servo1.duty(a)
            a = a + 1
            time.sleep(0.01)
        while(d <= 65):
            servo4.duty(d)
            d = d + 1
            if b <= 62:
                servo2.duty(b)
                b = b + 1
            time.sleep(0.01)
        while(a >= 45):
            servo1.duty(a)
            a = a - 1
            time.sleep(0.01)
    time.sleep(0.01)

100

101

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191

192

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM

import time

import network

from machine import PWM, Pin

import _thread

HOST = "IP"

PORT = ポート番号

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)

wlan.active(True)

if not wlan.isconnected():

print('connecting to network...')

wlan.connect('SSID', 'PASS')

while not wlan.isconnected():

pass

print('network config:', wlan.ifconfig())

s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)

s.bind((HOST, PORT))

frequency = 50

servo1 = PWM(Pin(5), frequency)#freq = 50)#p2.duty_u16(0)

servo2 = PWM(Pin(6), frequency)

servo3 = PWM(Pin(7), frequency)

servo4 = PWM(Pin(8), frequency)

servo1.duty(45)

servo2.duty(62)

servo3.duty(45)

servo4.duty(65)

a = 45

b = 62

c = 45

d = 65

msg = "nane"

def recieve():

while(True):

global msg

msg = s.recv(64)

msg = msg.decode()

print(msg)

time.sleep(0.01)

_thread.start_new_thread(recieve, ())

while True:

if msg == 'F':

while(b <= 77):

servo2.duty(b)

b = b + 1

if d <= 80:

servo4.duty(d)

d = d + 1

time.sleep(0.01)

while(c <= 60):

servo3.duty(c)

c = c + 1

time.sleep(0.01)

while(b >= 62):

servo2.duty(b)

b = b - 1

if d >= 65:

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

while(c >= 45):

servo3.duty(c)

c = c - 1

time.sleep(0.01)

while(d >= 50):

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

if b >= 50:

servo2.duty(b)

b = b - 1

time.sleep(0.01)

while(a >= 30):

servo1.duty(a)

a = a - 1

time.sleep(0.01)

while(d <= 65):

servo4.duty(d)

d = d + 1

if b <= 62:

servo2.duty(b)

b = b + 1

time.sleep(0.01)

while(a <= 45):

servo1.duty(a)

a = a + 1

time.sleep(0.01)

elif msg == "B":

while(b <= 77):

servo2.duty(b)

b = b + 1

if d <= 80:

servo4.duty(d)

d = d + 1

time.sleep(0.01)

while(c >= 30):

servo3.duty(c)

c = c - 1

time.sleep(0.01)

while(b >= 62):

servo2.duty(b)

b = b - 1

if d >= 65:

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

while(c <= 45):

servo3.duty(c)

c = c + 1

time.sleep(0.01)

while(d >= 50):

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

if b >= 50:

servo2.duty(b)

b = b - 1

time.sleep(0.01)

while(a <= 60):

servo1.duty(a)

a = a + 1

time.sleep(0.01)

while(d <= 65):

servo4.duty(d)

d = d + 1

if b <= 62:

servo2.duty(b)

b = b + 1

time.sleep(0.01)

while(a >= 45):

servo1.duty(a)

a = a - 1

time.sleep(0.01)

elif msg == "R":

while(b <= 80):

servo2.duty(b)

b = b + 1

if d <= 77:

servo4.duty(d)

d = d + 1

time.sleep(0.01)

while(c >= 30):

servo3.duty(c)

c = c - 1

time.sleep(0.01)

while(b >= 62):

servo2.duty(b)

b = b - 1

if d >= 65:

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

while(c <= 45):

servo3.duty(c)

c = c + 1

time.sleep(0.01)

elif msg == "L":

while(d >= 50):

servo4.duty(d)

d = d - 1

time.sleep(0.01)

if b >= 50:

servo2.duty(b)

b = b - 1

time.sleep(0.01)

while(a <= 60

servo1.duty(a)

a = a + 1

time.sleep(0.01)

while(d <= 65):

servo4.duty(d)

d = d + 1

if b <= 62:

servo2.duty(b)

b = b + 1

time.sleep(0.01)

while(a >= 45):

servo1.duty(a)

a = a - 1

time.sleep(0.01)

リモコンのM5Stack CORE2から操作信号をUDPで受信しています。

CORE2側のプログラムは割愛します。

完成（仮）

だいぶ調整が必要ですが、一応歩いてます(^_^;)多分。。
歩くｱﾄﾑﾁｬﾝです🤖 pic.twitter.com/1WJP6fl5cp
— ロビヲ (@ketunorobio) February 4, 2023

いやあここまで苦労して結果これかい(;^ω^)という感じもしますが、一応歩いています！（という事にしておいてください。。）

後は微調整すればまだましにはなるかと思います。

あと表情をつけたいですね。今のところUiFlowではまだ出来そうにないので、実装されるのを期待しています。

初めに

コンセプト

使用部品の小型化

部品調達

基板加工

動作検証

リアカバー作成

スケッチ、プリントアウト

部品収納

足と配線

足

配線

プログラム

ATOM-S3側(micropyton)

完成（仮）

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