2025年1月27日

020-1.SPIKEセンサー自作入門-第3回「コネクタを自作する」

この連載では「レゴ エデュケーションSPIKEプライム(以下、SPIKE)」で動作するセンサーの作り方を紹介します。センサーを自作して、市販のセンサーにはできないような面白い使い方を考えてみましょう。センサーを作るには電子工作のスキルが必要となります。様々な危険がともないますので、充分に注意して行いましょう。なお、以下の内容によって生じた損害については保障できかねますのでご了承ください。
SPIKEアプリおよびハブOSは、SPIKE App Legacyを利用しています。SPIKE App3での動作は未確認となりますのでご了承ください。(文/松原拓也)

◆ Raspberry Pi Picoによる自作センサー

この連載は、ていねいに作り方を説明しているので、完成までに時間がかかってしまいます。しかし「センサーを早く作りたい」という人も居るかと思いますので、先に資料だけをGitHubに公開しました。
https://github.com/Afrel-SPIKE-Prime-tec/diydistsensor_pico
この自作センサーは「DIY Distance Sensor」と呼びます。センサーを接続すると、ハブ側からは「距離センサー」として認識されます。ハブ側で距離を測定すると、センサーは1~9cmのダミーの値を返します。

ハブのコネクタについて知っておきましょう。写真はハブ側(受けて手側)のコネクタです。このコネクタはLEGO Educationの製品では「SPIKE プライム」「SPIKE ベーシック」「WeDo2.0」で採用されています。教育分野以外(LEGO)の製品では「Powered Up」「Boost」で採用されています。この仕様のコネクタを「Power Function 2.0コネクタ」とも呼ぶようです。「2.0」じゃないPower Functionコネクタも存在するので間違えないようにしましょう。
コネクタの公式の資料はありません。そこで、勝手に調べた内容を紹介します。コネクタは6本の端子があります。端子のピッチは約1.27mmです。端子には、次のような機能があります。
(1)motor1:モータ用の端子1。
(2)motor2:モータ用の端子2。
(3)GND:グランド用端子です。
(4)VCC:電源用端子です。SPIKE用ハブに接続した場合、電圧は3.15Vでした(実測値)。
(5)Hub to Device:ハブ→デバイスの信号用。ハブから見ると出力。
(6)Device to Hub:デバイス→ハブの信号用。ハブから見ると入力。

自作センサーの回路図です。

◆ コネクタの入手方法

センサーを自作するさい、大きな問題となるのが、コネクタの入手方法です。純正品のコネクタはどこにも売っていません。そのため、いくつかの工夫が必要です。ここでは3通りの方法を紹介します。

(その1)プリント基板を作る。 コネクタに似た形状のプリント基板を作るという方法です。筆者の場合、「CADLUS X」でプリント基板を設計して、P板.comに注文しました。写真の基板は、銅箔の強度を高めるためにハンダレベラー処理という加工をしています。 この方法の場合、非常に高い精度でコネクタを自作することができます。しかし、最低でも2万5000円くらいの費用がかかってしまうのが難点です。

(その2)キットを使う。 Mindsensorsが販売している「Breadboard Connector Kit for SPIKE Prime Ultrasonic sensor cable」というキットを使う方法です。 これは1.27mm→2.54mmのピッチ変換基板の組み立てキットです。基板を使うには、純正品の「距離センサー」を分解する必要があります。分解するには「T6」という規格のトルクスドライバーを使います。分解して、基板を挿し込むと、純正のケーブル+コネクタを流用できるという仕組みです。お金と手間がかかるのが難点です。

(その3)シール基板で自作する。 シール基板でコネクタを自作するという方法です。ここでは秋月電子通商の「1.27mmピッチ シール基板(150円)」を例に紹介します。 ユニバーサル基板を幅10mm×長さ20mmくらいに切断して、その上にシール基板を両面テープで貼って、ピンソケットをハンダ付けします。手間はかかりますが、安く作れるというメリットがあります。

コネクタの入手方法は以上です。これ以外の方法も存在するかもしれません。

コネクタをハブに接続した様子です。 この例では自作のプリント基板を挿し込んでいます。ピンソケットとブレッドボードの間はジャンパーワイヤー(オス-オス)で接続しています。コネクタ部分の厚さは2.8mmくらいが望ましいです。プリント基板だけだと、厚みが足りないので、プラスチック板を貼り合わせて調節しています。

これでハードウェアの準備が終わりました。次回からはソフトウェアを作りたいと思います。

当ブログの内容は、弊社製品の活用に関する参考情報として提供しております。
記載されている情報は、正確性や動作を保証するものではありません。皆さまの創意工夫やアイデアの一助となれば幸いです。