1.3.2 サーボ

前書き

このレッスンでは、サーボを回転させる方法を学ぶ。

部品

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原理

サーボ

サーボは一般に、ケース、シャフト、ギアシステム、ポテンショメーター、DCモーター、および内蔵式ボードで構成されている。

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これは次のように動作する:マイクロコントローラーはPWM信号をサーボに送信し、サーボの内蔵式ボードは信号ピンを介して信号を受信し、内部のモーターを制御して回転させる。その結果、モーターはギアシステムを駆動し、減速後にシャフトを駆動する。サーボのシャフトとポテンショメーターは接続されている。シャフトが回転する時、ポテンショメーターが駆動されるため、ポテンショメーターは電圧信号を内蔵式ボードに出力する。その後、ボードは現在の位置に基づいて回転の方向と速度を決めるため、定義された位置で正確に停止してそのまま保持する。

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角度は制御ワイヤに適用されるパルスの持続時間によって決まる。これはパルス幅変調と呼ばれる。サーボは20ミリ秒ごとに1パルスを期待している。パルスの長さにより、モーターの回転距離が決まる。たとえば、1.5msパルスは、モーターを90度の位置(ニュートラル位置)に回転させる。

1.5 ms未満のパルスがサーボに送信されると、サーボはある位置まで回転し、出力軸をニュートラル位置から反時計回りにある程度保持する。パルスが1.5ミリ秒を上回る場合、逆のことが起こる。有効な位置にサーボを回転させるように命令するパルスの最小幅と最大幅は、各サーボの機能である。通常、パルスの最小幅は約0.5 msで、最大幅は2.5 msである。

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回路図

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実験手順

ステップ1: 回路を作る。

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C言語ユーザー向け

ステップ2: コードのフォルダーに入る。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.3.2

ステップ3: コードをコンパイルする。

gcc 1.3.2_Servo.c -lwiringPi

ステップ4: EXEファイルを実行する。

sudo ./a.out

プログラムが実行されると、サーボは0度から180度まで回転し、それから180度から0度まで循環的に回転する。

注釈

If it does not work after running, or there is an error prompt: "wiringPi.h: No such file or directory", please refer to Cコードが機能していませんか?.

コード

#include <wiringPi.h>
#include <softPwm.h>
#include <stdio.h>

#define ServoPin    1       //define the servo to GPIO1
long Map(long value,long fromLow,long fromHigh,long toLow,long toHigh){
    return (toHigh-toLow)*(value-fromLow) / (fromHigh-fromLow) + toLow;
}
void setAngle(int pin, int angle){    //Create a funtion to control the angle of the servo.
    if(angle < 0)
        angle = 0;
    if(angle > 180)
        angle = 180;
    softPwmWrite(pin,Map(angle, 0, 180, 5, 25));
}

int main(void)
{
    int i;
    if(wiringPiSetup() == -1){ //when initialize wiring failed,print message to screen
        printf("setup wiringPi failed !");
        return 1;
    }
    softPwmCreate(ServoPin, 0, 200);       //initialize PMW pin of servo
    while(1){
        for(i=0;i<181;i++){     // Let servo rotate from 0 to 180.                  setAngle(ServoPin,i);
            delay(2);
        }
        delay(1000);
        for(i=181;i>-1;i--){        // Let servo rotate from 180 to 0.              setAngle(ServoPin,i);
            delay(2);
        }
        delay(1000);
    }
    return 0;
}

コードの説明

long Map(long value,long fromLow,long fromHigh,long toLow,long toHigh){
    return (toHigh-toLow)*(value-fromLow) / (fromHigh-fromLow) + toLow;
}

次のコードで値をマップするMap()関数を作成する。

void setAngle(int pin, int angle){    //Create a funtion to control the angle of the servo.
    if(angle < 0)
        angle = 0;
    if(angle > 180)
        angle = 180;
    softPwmWrite(pin,Map(angle, 0, 180, 5, 25));
}

角度をサーボに書き込むために、関数setAngle()を作成する。

softPwmWrite(pin,Map(angle,0,180,5,25));

この関数はPWMのデューティサイクルを変更できる。

サーボを0〜180°に回転させるために、周期が20msのときにパルス幅を0.5ms〜2.5msの範囲内で変更してください。関数softPwmCreate()では、周期が200x100us = 20msに設定されているため、0〜180を5x100us〜25x100usにマッピングする必要がある。

この関数のプロトタイプを以下に示す。

int softPwmCreate(int pin,int initialValue,int pwmRange);

パラメーターピン: Raspberry PiのGPIOピンはPWMピンとして設定できる。

パラメータinitialValue: 初期パルス幅は、initialValueに100usを掛けたものである。

パラメーターpwmRange: PWMの周期は、pwmRangeに100usを掛けたものである。

Python言語ユーザー向け

ステップ2: コードのフォルダーに入る。

cd /home/pi/davinci-kit-for-raspberry-pi/python/

ステップ3: EXEファイルを実行する。

sudo python3 1.3.2_Servo.py

プログラムが実行されると、サーボは0度から180度まで回転し、それから180度から0度まで循環的に回転する。

コード

注釈

以下のコードを 変更/リセット/コピー/実行/停止 できます。 ただし、その前に、 davinci-kit-for-raspberry-pi/python のようなソースコードパスに移動する必要があります。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

SERVO_MIN_PULSE = 500
SERVO_MAX_PULSE = 2500

ServoPin = 18

def map(value, inMin, inMax, outMin, outMax):
    return (outMax - outMin) * (value - inMin) / (inMax - inMin) + outMin

def setup():
    global p
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)       # Numbers GPIOs by BCM
    GPIO.setup(ServoPin, GPIO.OUT)   # Set ServoPin's mode is output
    GPIO.output(ServoPin, GPIO.LOW)  # Set ServoPin to low
    p = GPIO.PWM(ServoPin, 50)     # set Frequecy to 50Hz
    p.start(0)                     # Duty Cycle = 0

def setAngle(angle):      # make the servo rotate to specific angle (0-180 degrees)
    angle = max(0, min(180, angle))
    pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
    pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
    p.ChangeDutyCycle(pwm)#map the angle to duty cycle and output it

def loop():
    while True:
        for i in range(0, 181, 5):   #make servo rotate from 0 to 180 deg
            setAngle(i)     # Write to servo
            time.sleep(0.002)
        time.sleep(1)
        for i in range(180, -1, -5): #make servo rotate from 180 to 0 deg
            setAngle(i)
            time.sleep(0.001)
        time.sleep(1)

def destroy():
    p.stop()
    GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':     #Program start from here
    setup()
    try:
        loop()
    except KeyboardInterrupt:  # When 'Ctrl+C' is pressed, the program destroy() will be executed.
        destroy()

コードの説明

p = GPIO.PWM(ServoPin, 50)     # set Frequecy to 50Hz
p.start(0)                     # Duty Cycle = 0

servoPinをPWMピンに設定し、次に周波数を50hzに、周期を20msに設定する。

p.start(0): PWM関数を実行し、初期値を0に設定する。

def setAngle(angle):      # make the servo rotate to specific angle (0-180 degrees)
    angle = max(0, min(180, angle))
    pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
    pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
    p.ChangeDutyCycle(pwm)#map the angle to duty cycle and output it

関数setAngle()を作成して、0〜180の範囲の角度をサーボに書き込む。

angle = max(0, min(180, angle))

このコードは角度を0〜180°の範囲に制限するために使用される。

min()関数は入力値の最小値を返す。角度が180以下の場合、180を返す。そうではない場合、角度を返す。

max()メソッドは、反復可能または最大の2つ以上のパラメーターで最大要素を返す。角度が0以上の場合は0を返し、そうでない場合は角度を返す。

pulse_width = map(angle, 0, 180, SERVO_MIN_PULSE, SERVO_MAX_PULSE)
pwm = map(pulse_width, 0, 20000, 0, 100)
p.ChangeDutyCycle(pwm)

0〜180°の範囲をサーボにレンダリングすると、サーボのパルス幅は0.5ms(500us)〜2.5ms(2500us)に設定される。

PWMの周期は20ms(20000us)であるため、PWMのデューティサイクルは(500/20000)%-(2500/20000)%であり、0〜180の範囲は2.5〜12.5にマッピングされる。

現象画像

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