M5stack（ESP32)でお風呂沸かしボタン押しロボットを作ってみた - OGIMOテックノート～家族のためのモノづくり～

はじめに（動機）

前記事に掲載したM5stackを使って、キッチンの手前に置く「お風呂沸かしボタン」押しロボットを作るためだった。

以前に、Amazon echo＋Node-REDで家電をコントロールする仕組みをラピットプロト的に作った。

ogimotokin.hatenablog.com

これにより、赤外線で操作できる家電(照明/エアコン/扇風機/テレビ/レコーダ)はAmazon echoの制御管理下に入り、
実際に役に立っている(妻や子供たちからの評判も上々！）
「せっかくなら家じゅうの家電を制御してやろう」と欲望は尽きず。

ここで問題になってくるのは、「赤外線で制御できない操作機器」その中で、我が家で良く使うのは「お風呂沸かしボタン」だった。我が家では、お風呂の水の入れ替えは2,3日に1回、しかもお風呂に入るタイミングは家族バラバラなので、冷めた湯舟を沸かす機会は平均1回/日はある。ちなみに、遠隔制御が必要そうなのは「おいだき」ボタン。「おゆはり」の場合、必ずお風呂を洗いに風呂場に移動するので、実際に遠隔でボタンを押すケースがない。一方で、「おいだき」の場合、既に風呂桶には水が入っているケースがほとんどなので、遠隔操作の重要性が増してくる。（例えば、オンラインゲームに夢中になって物理的にも手が離せない状況だけど、ゲーム終了後にお風呂に入りたいなぁと思っている場合など）

なお、ボタン押し装置の既製品を使うのが一番早いとは思う。例えば、ボタン押しIoT機器として有名な「MicroBot Push」など。
microbot.is
しかし、我が家のお風呂ボタンはとても強敵で、おそらく既製品では安定してボタンを押せないと予想される。

理由1 : ボタンがとにかく固い！！
理由2：ボタン押し装置を固定する場所がない。両面テープによる壁固定は、壁紙をはがすリスクがありNG

難度の高そうな割に、たった2日に1回/10歩程度の手間を短縮するためだけの装置。
発案当初は正直そんなにモチベーションが上がらず、構想のみで2か月が過ぎていた。そんな時に出会ったのがM5stackだった。

M5stackを使ったロボット事例を見てるうちに
「これがキッチン近くにあったら可愛いな」
→「ん？こいつが、お風呂ボタンを押すと、、、なんだかシュールで面白い光景かも！？」
と思いたつと、急遽モチベーションが上がり、急ぎ作り上げてしまった。

完成写真
f:id:motokiinfinity8:20180726011918j:plain

完成動画

M5stackを使って、Amazon echoからお風呂の「おいだきボタン」を押すロボットを作ってみた。

ただ、押すだけじゃ面白くないので、無駄に魔法を唱えてみました。うまく押せたらレベルアップ！#電子工作 #M5stack #家族のためのモノづくり pic.twitter.com/V4nX6bAcOr
— おぎもトキ (@ogimotoki) 2018年7月27日

ね、狙い通り、シュールな光景でしょ（笑）

ハードウェア検討

サーボモータ検討

まずお試しで、低価格のSG90 (トルク 1.8kgf・cm)で試してみたが、残念ながらサーボモータがパワー負けしてる…
そこで、もう少しトルクが強い(かつ低価格でコンパクト）サーボモータを探してみた。
すると、スイッチサイエンスさんで以下のサーボモータを発見。
www.switch-science.com

トルク 3 kg·cmで小型で良い感じ！という事で、さっそく購入！
簡易実験をしたところ、サーボモータをきっちり固定して、簡易アームさえつければ押せそうな感触！

外形設計

サーボモータ＋制御マイコンを購入したら完了ではない。むしろ、ここからがスタート！
どうやって、ボタンの下にサーボマイコンを固定するか、だ。

[案1]：サーボモータを壁に貼り付ける
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→ 押すとすぐ落ちる。見た目も美しくない
そこで、サーボモータを固定するための棚をコーナンで購入してきて設置。石膏ボードの壁に対して耐荷重3kgの棚、まぁ耐えられるでしょう

[案2] : 棚の上にサーボモータを置いて固定
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→サーボモータがボタン押し回転方向の反力に耐えられず上に持ち上がる……
という事は、サーボモータを抑える冶具が必要！という事、で3Dプリンタで作る想定で追加。

[案3] : サーボモータの上に抑え込み冶具を追加
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→しかし、垂直方向の持ち上がりは回避できたが、水平方向の力の不均衡で前に押し出される。むむｍ…

[案4] : 台座の下に滑り止めシートを追加

ようやく安定して押せそうな構想は出来上がった。ふぅ～
f:id:motokiinfinity8:20180728015121j:plain
続いて、固定冶具を検討。

3Dプリンタでの筐体設計

サーボにつけるアーム部。タミヤのユニバーサルアームセットで作ろうとしたが、「見た目がダサいね」と妻に一蹴。
ここで、発想の転換。「機構じゃなくて、M5stackを活かしてロボットっぽくした方が楽しいんじゃないかな」

ならばいっその事、3Dプリンタで外装加工をしてやろうではないか、という事で以下の3種類の冶具を3Dプリンタで作成

①アーム部
②M5stack本体格納部
③サーボモータ保持部

Fusion360で作成して出来たCAD図面は以下。結構ロボットぽくてイイね！

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ソフト設計

前回の記事のソフトをベースに、Wifiからの制御機能を追加しただけなので、それほど難しくはない

ただし、ラズパイのNode-REDからhttp通信で特定の情報を送るため、ロボット側のIPアドレスは固定にする必要があった。

調べたところ、Arduino環境でのESP32の固定IPの仕方は以下。

#include <WiFi.h>
IPAddress ip(192, 168, 0, 50); //固定IP 192.168.0.50
IPAddress gateway(192,168, 0, 0);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);
IPAddress DNS(192, 168, 0, 0);

void setup(){
  // WiFi設定
  // We start by connecting to a WiFi network
  Serial.println();
  Serial.println();
  Serial.print("Connecting to ");
  Serial.println(ssid);

  WiFi.config(ip,gateway,subnet,DNS);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }

void loop(){
  // Check if a client has connected
  WiFiClient client = server.available();
  if (!client) {
    return;
  }

  // Wait until the client sends some data
  Serial.println("new client");
  while(!client.available()){
  delay(1);
  }
  
  // Read the first line of the request
  String req = client.readStringUntil('\r');
  Serial.println(req);
  client.flush();
  
  if (req.indexOf("/oyuhari_on") != -1){
       Serial.println("call http");
       avatar.stop();
       push_function();
       avatar.start();
  }
}