PWMをつかってサーボモーターを制御！(ソフトウェア方式編）

こんにちは。駆け出しエンジニアのまっきーです。

さて、今回は前回の応用編！ということでサーボモータの制御を行ってみたいと思います。

今回はいろいろと試行錯誤をしたので、その過程も参考にしていただければと思います。

1 サーボモーターとは
2 目的
3 どのように制御するか
4 実装
- 4.1 回路図
- 4.2 プログラム
5 改めて考える
6 再実装
- 6.1 プログラム
7 考察・まとめ

サーボモーターとは

サーボモーター (Servomotor) とはサーボ機構において位置、速度等を制御する用途に使用するモーターである。モーターの種類としては、「電動機」、「油圧モーター」など、特定のモーター形式を示すものではない。しかし、現在は、ロボット用途などに使用される「検出器付の電動機」で、フィードバック制御するものが一般的である。(wikipedia)

サーボモーターは通常のモーターに回転角度を検出する機能がついていて、その信号を通信することができるため、回転角度を制御することが可能だそうです。

今回は、写真と同様の、Micro Servo – SG90を使用します。

下記のセットに付属していたものです。

https://amzn.to/2EMv8ku

データシートを見ると、0度～180度まで制御できるそうです。

目的

今回の最終ゴールは、「サーボモータの角度を意図したとおりに制御すること」です

どのように制御するか

サーボモータデータシート(https://osoyoo.com/2017/05/08/micro-servo-mg90-9g/)を確認すると以下のようになっています。

パルスＯＮが1.5msで真ん中（0度）、2msで右側（90度）、1㎳で左側（90度）だそうです。

図にするとこんな感じでしょうか。（適当ですみません。。。）

各値の設定の前に、前回の復習をします。

T = 100us * range

f = 1 / T = 1 / 100us * range

T　　　　ＰＷＭ信号の周期

f　　　　ＰＷＭ信号の周波数

range 　　　階調（1周期を何個に分割するかを表す）

100us　　最小変化幅（ソフトウェアの場合は100usで固定でいいと思います）

上の計算式で求められるんでしたね。

データシートより、周波数50Hzとあるので、これを上の式に当てはめてとくと…

range=200となりました。

次に、1㎳～2㎳のパルス波をどのように作るかを考えます。

図より、2㎳の時のrangeは20なので

1㎳も同様に考えrangeは10

つまり、10～20の値で動かせば角度を制御できるはず？

実装

回路図

データシート通りの回路になります。ブレッドボードは使用しません。

プログラム

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <softPwm.h>//softPWM header
#define SERVO 19

int main(void){
	double ton = 0;//initial value
	wiringPiSetupGpio();
	//pinMode(LED,OUTPUT);
	softPwmCreate(SERVO,ton,200);
		
	while(1){
		for(ton = 10;ton <= 20;ton++){
			softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value
			delay(300);
		}
	}

	return 0;
}

#include <stdio.h>

#include <wiringPi.h>

#include <softPwm.h>//softPWM header

#define SERVO 19

int main(void){

double ton = 0;//initial value

wiringPiSetupGpio();

//pinMode(LED,OUTPUT);

softPwmCreate(SERVO,ton,200);

while(1){

for(ton = 10;ton <= 20;ton++){

softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value

delay(300);

}

return 0;

}

全然180度制御できてないですね…

改めて考える

いろいろ考えたんですけど、わからなかったので一つずつ値を入力し、順番に角度を見ていくことにしました。

下記のプログラムを実装したところ

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <softPwm.h>//softPWM header　忘れずに！
#define SERVO 19

int main(void){
	double ton = 0;//パルスONの初期値
	wiringPiSetupGpio();
	//pinMode(LED,OUTPUT);
	softPwmCreate(SERVO,ton,200);
	
	while(1){
	scanf("%lf",&ton);
	softPwmWrite(SERVO,ton);
	}
	
	return 0;
}

#include <stdio.h>

#include <wiringPi.h>

#include <softPwm.h>//softPWM header　忘れずに！

#define SERVO 19

int main(void){

double ton = 0;//パルスONの初期値

wiringPiSetupGpio();

//pinMode(LED,OUTPUT);

softPwmCreate(SERVO,ton,200);

while(1){

scanf("%lf",&ton);

softPwmWrite(SERVO,ton);

}

return 0;

}

5～25の値で0度～180度制御させることができました。

これを踏まえて、改めてプログラムを考えていきます。

再実装

回路図は先ほどと全く同じです。

プログラム

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <softPwm.h>//softPWM header
#define SERVO 19

int main(void){
	double ton = 0;//initial value
	wiringPiSetupGpio();
	//pinMode(LED,OUTPUT);
	softPwmCreate(SERVO,ton,200);
	/******servo action check******/
	/*5~25
	while(1){
	scanf("%lf",&ton);
	softPwmWrite(SERVO,ton);
	}
	*******************************/

	
	while(1){
		for(ton = 14;ton <= 25;ton++){
			softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value
			delay(300);
		}
		
		for(ton = 14;ton >= 5;ton--){
			softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value
			delay(300);
		}
	}

	return 0;
}

#include <stdio.h>

#include <wiringPi.h>

#include <softPwm.h>//softPWM header

#define SERVO 19

int main(void){

double ton = 0;//initial value

wiringPiSetupGpio();

//pinMode(LED,OUTPUT);

softPwmCreate(SERVO,ton,200);

/******servo action check******/

/*5~25

while(1){

scanf("%lf",&ton);

softPwmWrite(SERVO,ton);

}

*******************************/

while(1){

for(ton = 14;ton <= 25;ton++){

softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value

delay(300);

}

for(ton = 14;ton >= 5;ton--){

softPwmWrite(SERVO,ton);//pulse on value

delay(300);

}

return 0;

}

動画のように、右に行ったり、左に行ったりする180度制御できるようになりました！

考察・まとめ

最初の計算で合っていたと思うのですが、なぜ制御できなかったのかあまり分かりません。

ネットで下記のようなデータシートも見つけました。

この場合は0.5～2.4㎳で制御できると書いてあります。

このデータシートに従うと、納得できるんですが…

とにかく、一つずつ確認することにより、サーボの制御は行うことができるようになったのでいつかは、ハードウェア方式でも挑戦してみたいと思います。

ありがとうございました。

参考書籍（C言語ではじめる　RaspberryPi徹底入門）

https://amzn.to/2YHojb1