カメラ用回転台の製作

Microchip社のPIC16C84を使用して、パソコンでコントロールするカメラテーブルを製作しました。
すべての情報を記述しているので、興味のある方はトライしてみてください。

　

何ゆえ回転台？

　同僚がPCのプリンタポートに接続できるタイプの小さなボール型カメラを買った。　これをLinuxのサーバーに接続して、ホームページから何か見れるようにすると言う。　ちょうど私も暇だったので、「それじゃ、ホームページからカメラの向きも色々変えられるようにしてみよう」ということになった。
　私としては、如何にチープなハードで構成できるか、その辺に興味があった。

仕様はどうしよう？

　事の発端になったカメラはパソコンのプリンタＩ／Ｆに接続するタイプである。 よってパソコンは必需品である。 プリンタI/Fはカメラに占有されるので、テーブルの制御は他のＩ／Ｆを使用することとなるが、実際に使えるのはシリアルＩ／Ｆくらいしかないので、それに決定する。

　次に、カメラをどのように動かすかだが、左右に首を振るのはもちろん、上下にも動いてほしい。 さらにズームやら何やらあれば面白いが、カメラ自体にそんな機能はないのでパス。 その代わり左右の回転は３６０度可能にしよう。

最初のイメージ図

　

どのように実現するか？

　テーブルは３６０度回転するわけだから、丸いテーブルにベルトを引っかけて回すか、ギヤで駆動するのが順当であろう。 強力なステッピングモータが入手できるなら、ダイレクトドライブするのもいいかも知れない。
　上下の首振りに関しては、振り角はそんなに必要ないはずだから、ラジコン用のサーボモータを利用するのが楽だ。 一般的なサーボモータは駆動軸がだいたい±３０°くらい回転する（本当の実力は270°はいけるはず）。 制御は１本のPWM入力だけで、それなりに正確な位置決めが可能である。 うまく使えば、ホビーだけでなく色々と利用価値があると思う。 　

サーボモータの例

　制御回路は、２軸の位置コントロールとシリアル通信ができなければいけない。
　ＣＰＵは最初からＰＩＣ１６Ｃ８４を使うことに決めていた。 ピン数が１８本しかないので、配線に要する労力が少なくて済む。 ハードの貧弱さはソフトに補ってもらう。

　

機構部の製作

　なんといっても、難しいのは機構部である。 回路基板なんて部品とはんだこて（と根気）さえあれば、結構簡単に作れる。 しかし、動く物となると、軸の加工ひとつとっても困難を極める。 自然と、その辺にある使えそうな形状の物を探し、必要最小限の加工を施し組み立てる。
　もちろん、設計図などない。 設計図を描いても大抵違うものが出来上がる。

　テーブルの回転には、減速ギヤ内臓の小型ステッピングモータを使用した。 ステッピングモータは通電したままでは熱を持つので、回転していない間は軸がフリーにならない程度に電流を下げてやる必要があるのだが、減速ギヤが抵抗になり、完全に電流をカットしても軸がフリーにならない。 これは一石二鳥である。 　

�@軸受け　　　　　　　　　　　　　　　  �Aステッピングモータ

　原点センサとして使用する円盤は「Ｗｉｎｋ」のシングルＣＤを加工したものだ。 これに3個所にビス穴を開けてドリブンギヤと軸を固定する。 センサの方はケースに取り付ける。 これで、カメラが正面を向く位置を検出することが可能である。 また、テーブルが３６０度以上回転するのを防止するためのＬ金具も取り付ける。

丁度、正面を向いた状態（下が正面）　　　　　　  �@ストッパ Ｌ金具　　　　　　　　　　　　　　  �AシングルＣＤ　　　　　　　　　　　　　　  �Bフォトセンサ

　円盤に固定したドリブンギヤと軸受けはラジコンのパーツを流用。 軸はサンハヤトやＭＡＣ８の中空スペーサ（６ｍｍ）がぴったりである。　

�@ドリブンギヤ　　　　　　　　　　　　　  �Aピニオンギヤ　　　　　　　　　　　　　  �Bフォトセンサ

　

�@軸の抜け止め　　　　　　　　　　　　  �A軸受け（ラジコン用ワンウェイベアリング）

　テーブルやカメラの固定台はアクリル板を加工して製作した。 サーボモータは、強力両面テープで貼り付けてある。
上下傾斜するテーブルはサーボの軸からピアノ線でリンクする。 サーボの力はかなり強いので、小さいカメラなら直接軸で回転させたほうが動きも速いし、角度も大きくとれる。 そのうち改良しよう。 　

サーボとリンクの周辺

　それぞれのパーツを加工し、ケースに組み付ける。 ケースには、コネクタとＡＣアダプタの穴、基板の取り付け穴なども開けて部品を取り付けておく。　

リアパネルの様子

　

基板の製作

　機構部が完成したら、基板を製作する。
　当然ながら、製作にかかる前に回路図は引いておく。
　ＰＩＣは後からプログラムを書き込むため、ＩＣソケットに実装する。 きっと、チェックのために何度も抜き差しするだろうから、信頼のおけるソケットを使うのが望ましい。
　今回選定したケースは、薄型なのでモータの底が基板にかなり近づく。 そのために、基板には実装禁止領域ができてしまった。　 　

総合組立

　できあがった基板は、一応配線チェックしてからケースに組み込む。　 　モータ、センサ、サーボのコネクタを接続したら完成！
　本体後ろの針金は、カメラのケーブルを引っかけておき、ケーブルのテンションが駆動に影響することを防止する。 　

ソフトの設計

　制御ソフトの中身は大きく３つに分かれる。
　
１．シリアル通信ブロック
　ＰＩＣ１６Ｃ８４にはシリアル通信機能がないので、タイマ割込みを使用して１ビットづつソフトで処理する。 プログラムの大部分を占める。 処理も重い。
　
２．ステッピングモータ駆動
　シリアル通信で受け取った位置情報をもとに、モータを駆動する。
　このソフトではタイマ割込みで定回転しているが、根性があれば加減速制御くらいできるかもしれない。
　
３．サーボモータ制御
　サーボの制御入力にＰＷＭ信号を加える。 ＰＷＭのデューティはだいたい決まっていて、実測では２３ｍＳ周期（かなりアバウトでも動作する）で、Ｈの期間は８〜１６ｍＳの範囲で変化していた。 これらの値をあまり大きく外れると、内臓のモータが苦しそうな音を発する。
　今回は、タイマ割込み回数の制限により１０段階の切替となった。 シリアル通信とかの重い処理がなければ、もっと細かく調整できるだろう。
　
　パソコン側にもソフトが必要である。
　基本的には、アルファベット１文字＋数字で機能と量を指示する。 たとえば、ターミナルソフト（秀ＴＥＲＭなど）を起動して、
「Ｈ８０」
と、打鍵すれば、回転テーブルは８０に相当する角度まで回転する。
　別にそれでも制御できるが、せっかくなのでＤｅｌｐｈｉで専用ソフトを作成した。 こういうとき、Ｄｅｌｐｈｉは便利である。
　

　最初の目的である、webページからの制御に関しては、私はまったくのｓロートであり、製作はすべて同僚がやったのでよく分からない。

製作を振り返って

　 ＰＩＣ１６Ｃ８４を使うのは今回が初めてだったので、少々てこずってしまった。 制作は正月休みに入ってすぐに開始した。 ３日もあればできるだろうと簡単に考えていたが、ＰＩＣのソフトだけで４日以上掛かってしまった。
　形も非常にダサダサである。　よく考えずに作り始めたので仕方ない。　このテのメカ物は発想の転換ができれば非常にスマートで簡単に出来たりする。　今回は・・・まあ悪い見本かも知れない。


　さて、完成したテーブルはすこぶる調子が良く、作ってしばらくは会社の事務所内の様子を写していたのだが、「監視されているようで、やだ」と非常に不評で、数ヶ月後に撤去することになった。（ヤレヤレ・・・）

資料あれこれ

　ここに、製作に必要な資料をまとめておく。
　

PIC16C84ソースリスト	camtbl.ｌｚｈ
回路図	circit.jpg
コマンド表	command.txt
制御ソフト（Ｗｉｎｄｏｗｓ９５版）	camctrl.lzh

　

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