Gricon_Controller-s_Code

2024/12/27に桃山大学テック部主催で開催されたハッカソンに出展した作品 Gricon のコントローラー側プログラムです（2024/12/28 時点）。

このArduinoプログラムは、IMU（姿勢センサ）、曲げセンサ、モーターを統合し、姿勢推定・屈曲検出・振動出力を通じて新しい入力体験を提供します。

公式サイト：https://gricon.netlify.app/

🎥 デモ動画

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🔗 関連リンク

• 🎮 ゲーム側のプログラム（Unity）
  https://github.com/kdix-23-240/NewControllerProject-MomoyamaHack

• 📄 作品に関する情報・ソースコードの解説・開発の流れの説明（Notion）
  https://flossy-band-678.notion.site/Gricon-Arduino-Unity-16a9ff2ca96c8032b9a5cc3768512383?pvs=4

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📌 特徴 / Features

• 9軸IMUセンサ（LSM9DS1） によるピッチ・ロール・ヨーの推定
• Madgwickフィルタ による高精度な姿勢推定
• 曲げセンサ を使ったアナログ入力処理と平滑化
• 加速度のグローバル変換・振動検出 によるリアクティブ入力対応
• 振動モーター出力 を通じたハプティクスフィードバック
• シリアル通信 による外部機器（ゲーム）との双方向連携

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🔧 使用ハードウェア

• Arduino Nano 33 BLE Sense または LSM9DS1 搭載の互換ボード
• 曲げセンサ（アナログ入力：A7）
• 振動モーター（デジタル出力：D9）
• 外部通信：Serial1（9600bps）

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📷 回路図

以下は、本デバイスの回路図です（Arduino Nano 33 BLE + 曲げセンサ + モータ + Bluetooth構成）：

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📤 センサ出力フォーマット

コントローラは以下のフォーマットでバイナリ形式のデータを送信します。

[S][pitch (2 bytes)][roll (2 bytes)][yaw (2 bytes)][bend (1 byte)]

• S: データ開始を示すヘッダ（1バイト）
• pitch, roll, yaw: 姿勢角（各2バイト、0.1°単位）
• bend: 曲げセンサ値（0〜20の範囲にクランプ）

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🔁 モーター制御プロトコル（Serial1 受信）

シリアル経由で以下の1文字コマンドを送ることで、モーターの振動出力パターンを変更可能：

コマンド	周波数 (Hz相当)	デューティ比	内容
'1'	約25Hz	40%	弱い振動
'2'	約50Hz	20%	中程度の振動
'3'	約100Hz	12.5%	強い振動
'4'	約125Hz	90%	連続振動
その他	-	0%	モーター停止

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🧭 キャリブレーション

プログラム開始時に自動実行され、地磁気・ジャイロのオフセットや曲げセンサの初期値を取得・補正します。

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🔄 処理周期とスムージング

• 処理周期：1msごとのループ実行（約100Hz）
• 各種センサ値に対してフィルタ係数を用いた平滑化処理あり
• 姿勢角の推定には Madgwick フィルタを使用

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🚀 セットアップコード例

void setup() {
  Serial.begin(9600);       // デバッグ用
  Serial1.begin(9600);      // 外部機器との通信
  pinMode(motorPin, OUTPUT);
  initializeIMU();
  delay(100);
}

📚 使用ライブラリ

ライブラリ名	説明	インストール方法
Arduino_LSM9DS1	IMU（加速度・ジャイロ・地磁気）センサ用	Arduino IDE → ライブラリマネージャから検索して導入
MadgwickAHRS	姿勢推定アルゴリズム	Arduino IDE → ライブラリマネージャから検索して導入

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📝 ライセンス

このプロジェクトは MIT License のもとで公開されています。

Gricon Controller Code

This repository contains the controller-side program for Gricon, a project exhibited at a hackathon hosted by the Momoyama University Tech Club on December 27, 2024 (status as of December 28, 2024).

This Arduino program integrates an IMU (inertial measurement unit), a flex sensor, and a vibration motor to provide a new input experience through orientation estimation, bend detection, and haptic feedback.

Official site: https://gricon.netlify.app/

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🎥 Demo Video

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🔗 Related Links

• 🎮 Game-side program (Unity)
  https://github.com/kdix-23-240/NewControllerProject-MomoyamaHack

• 📄 Project details / source code explanation / development process (Notion)
  https://flossy-band-678.notion.site/Gricon-Arduino-Unity-16a9ff2ca96c8032b9a5cc3768512383?pvs=4

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📌 Features

• 9-axis IMU (LSM9DS1) for estimating pitch / roll / yaw
• High-accuracy orientation estimation using the Madgwick filter
• Analog flex sensor processing with smoothing
• Global-frame acceleration conversion & vibration detection for reactive input
• Haptic feedback via vibration motor output
• Bidirectional communication with external devices (e.g., a game) via serial

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🔧 Hardware Used

• Arduino Nano 33 BLE Sense or a compatible board with LSM9DS1
• Flex sensor (analog input: A7)
• Vibration motor (digital output: D9)
• External communication: Serial1 (9600 bps)

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📷 Circuit Diagram

Below is the circuit diagram for this device (Arduino Nano 33 BLE + flex sensor + motor + Bluetooth configuration):

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📤 Sensor Output Format

The controller sends data in the following binary format:

[S][pitch (2 bytes)][roll (2 bytes)][yaw (2 bytes)][bend (1 byte)]

• S: 1-byte header indicating the start of a packet
• pitch, roll, yaw: Euler angles (2 bytes each, in 0.1° units)
• bend: flex sensor value (clamped to 0–20)

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🔁 Motor Control Protocol (Serial1 Receive)

You can change the vibration output pattern by sending a single-character command over serial:

Command	Frequency (approx.)	Duty Cycle	Description
'1'	~25 Hz	40%	Weak vibration
'2'	~50 Hz	20%	Medium vibration
'3'	~100 Hz	12.5%	Strong vibration
'4'	~125 Hz	90%	Continuous vibration
Other	–	0%	Motor off

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🧭 Calibration

Calibration runs automatically at startup to obtain and compensate:

• Magnetometer / gyroscope offsets
• Initial baseline for the flex sensor

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🔄 Loop Rate & Smoothing

• Loop cycle: executed every 1 ms (≈ 100 Hz)
• Sensor values are smoothed using filter coefficients
• Orientation estimation uses the Madgwick filter

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🚀 Setup Code Example

void setup() {
  Serial.begin(9600);       // For debugging
  Serial1.begin(9600);      // Communication with external device
  pinMode(motorPin, OUTPUT);
  initializeIMU();
  delay(100);
}

📚 Libraries Used Library Description Installation Method Arduino_LSM9DS1 IMU (accel / gyro / magnetometer) library Arduino IDE → Library Manager → search & install MadgwickAHRS AHRS orientation estimation algorithm Arduino IDE → Library Manager → search & install 📝 License

This project is released under the MIT License: https://opensource.org/licenses/MIT