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1.7 サーボ

はじめに

このプロジェクトでは、Raspberry Pi を使用してサーボモーターを制御する方法を学びます。サーボモーターは、角度の動きを高精度に制御できるため、ロボティクスや自動化分野で広く使用されています。

必要なもの

このプロジェクトを完了するには、以下のコンポーネントが必要です。

COMPONENT	PURCHASE LINK
サーボ	購入
Fusion HAT+	-
Raspberry Pi	-

回路図

以下の回路図は、サーボモーターを制御するために必要な接続を示しています。

配線図

サンプルの実行

このチュートリアルで使用するすべてのサンプルコードは、ai-lab-kit ディレクトリに用意されています。以下の手順に従ってサンプルを実行してください。

cd ~/ai-lab-kit/python/
sudo python3 1.7_Servo.py

スクリプトを実行すると、PWM 0 に接続されたサーボが −90° から 90° まで 10 度刻みで滑らかに動き、各位置で短時間停止します。その後、同じ方法で 90° から −90° へ戻ります。この往復動作が継続的に繰り返されます。

コード

以下の Python コードは、サーボモーターをさまざまな角度に動かして制御する方法を示しています。

#!/usr/bin/env python3
from fusion_hat.servo import Servo   # Import Servo class
from time import sleep               # Import sleep for delays

# Initialize servo on channel 0
servo = Servo(0)

try:
   while True:
      # Sweep from -90° to +90° in steps of 10°
      for angle in range(-90, 91, 10):
            servo.angle(angle)
            sleep(0.1)   # Smooth movement delay

      # Sweep back from +90° to -90° in steps of 10°
      for angle in range(90, -91, -10):
            servo.angle(angle)
            sleep(0.1)

except KeyboardInterrupt:
   # Stop the program safely when Ctrl+C is pressed
   servo.angle(0)        # Return servo to center position
   sleep(0.1)

この Python スクリプトは、PWM 0 に接続されたサーボモーターを制御します。実行すると次のように動作します。

サーボは -90 度から 90 度まで、10 度刻みで移動します。
各動作の間に 0.1 秒の待機時間が入ります。
その後、方向を反転し、90 度から -90 度まで 10 度刻みで移動します。
この動作が無限ループで繰り返されます。

コードの解説

ライブラリのインポート

fusion_hat ライブラリは GPIO 操作を簡単に扱えるようにし、 time ライブラリは待機時間を実現するための関数を提供します。
```
from fusion_hat.servo import Servo   # Import the Servo class for controlling servos
from time import sleep               # Import sleep for timing delays
```
サーボの初期化

Servo オブジェクトは PWM 0 を指定して初期化されます。
```
servo = Servo(0)
```

サーボの動作

サーボはループ内でさまざまな角度へ移動します。 angle メソッドはサーボの位置を設定し、 sleep は指定した時間だけ処理を一時停止します。

while True:
   # Sweep from -90° to +90° in steps of 10°
   for angle in range(-90, 91, 10):
         servo.angle(angle)
         sleep(0.1)   # Smooth movement delay

   # Sweep back from +90° to -90° in steps of 10°
   for angle in range(90, -91, -10):
         servo.angle(angle)
         sleep(0.1)

トラブルシューティング

サーボが動作しない
- 原因: GPIO ピンの接続ミス、または電源供給の問題。
- 解決方法: サーボが PWM 0 に正しく接続されていること、および電源供給が正常であることを確認してください。
サーボの動作が不安定、または反応しない
- 原因: サーボへの電源供給が不足している可能性があります。
- 解決方法: Fusion HAT+ の電源が不足している場合は、サーボ用に外部電源を使用してください。

発展アイデア

ユーザー操作によるサーボ制御

キーボード入力を使用して、ユーザーがサーボの位置を対話的に制御できるようにします。
```
while True:
   position = float(input("Enter position (-90 to 90): "))
   servo.angle(position)
```

サーボ位置の記録

時間経過に伴うサーボの位置を記録し、その軌跡をグラフとして表示します。

positions = []
for i in range(-90, 91, 10):
   servo.angle(i)
   sleep(0.1)
   positions.append(servo.angle())
plt.plot(positions)
plt.show()

まとめ

このプロジェクトでは、サーボモーターを制御する基本的な方法を紹介しました。サーボ制御を理解することで、ロボットやロボットアームなど、さまざまなモーション制御プロジェクトへ応用することが可能になります。