サーボモータを動かしてみる

すでに「Arduino のマルチタスク」でサーボモータを動かしているのですが、ちょっと基本的なことを試してみたいと思います。

どうすれば動く？

えーと、ググってください m(_ _;)m

まぁ簡単に言うと、スケッチ例「servo」の中の「knob」とか「sweep」とかです。ググると解説されているサイトがたくさん出てきます。

でも、いまひとつ肝心なことがわからない meyon さんでありました。

実際に動かしてみよう

わからないなら、実際に動かして試してみましょう。

ただし、この程度ではまだノイズの影響を受けます。実際に試してみるとわかると思いますが、制御用の電源も信号もふらつき、サーボモータがジリジリと小さく動いてしまいます。
対策についてはもっと調べてみるか、研究してみる必要がありますね。ロボットとか作っている人はどうしているんでしょう？ 今後の課題。

パルスを 1 回だけ与えてみる

さて、どうすればサーボモータが動くのか、やってみましょう。

SG90 のデータシートによれば、周期 20ms で、デューティーサイクル 0.5~2.4ms のパルスを与えれば良いとなっています。

そこで、こんなスケッチを試してみました。

1. void setup() {
2.   pinMode(9, OUTPUT);
4.   int pos = 2400;
6.   digitalWrite(9, HIGH);
7.   delayMicroseconds(pos);
8.   digitalWrite(9, LOW);
9. }
11. void loop() {
12. }

4 行目の値がデューティーサイクル。単位は μs ですので、2400 ならば 2.4ms です。その長さのパルスを 1 回だけ出力させます。

結果、サーボモータは 180 度の位置へ動きました。

次にデューティーサイクルを 1450μs に変更してみます。するとサーボモータは 90 度の位置へ戻ります。さらにデューティーサイクルを 500μs にすると、サーボモータは 0 度の位置となりました。

つまり、「サーボモータに 0.5~2.4ms 幅のパルスを 1 回与えてやると、そのパルス幅に応じた位置まで動く」ってこと。

俺が知りたかったことは、これです。
たったこれだけのことですが、ググってみた限りでは知り得なかった。

周期 20ms ってなに？

もっとも、パルスを 1 回与えるだけでは使い物にはなりません。

止まったサーボモータに荷重をかけると、サーボモータは回転してしまいます。ブレーキもありませんし、ウォームギヤを使っているわけでもありませんから当然ですね。
そこで、周期的にパルスを与えることで、その位置に止めておくことができるようになります。もし負荷によってサーボモータが回転したら、パルスによって元に戻され、あたかもその位置に止まっているようになるわけです。

では、パルス周期はなぜ 20ms なのでしょう？
こんなスケッチを試してみました。

1. void setup() {
2.   pinMode(9, OUTPUT);
3. }
5. void loop() {
6.   static int pos = 500;
7.   static int increment = 20;
9.   digitalWrite(9, HIGH);
10.   delayMicroseconds(pos);
11.   digitalWrite(9, LOW);
12.   delayMicroseconds(10000 - pos);
13.   delay(10);
14. // delay(20);
16.   pos += increment;
17.   if(500 >= pos || 2400 <= pos) increment = -increment;
18. }

難しくはないと思いますが。
09〜13 行はデューティサイクル pos のパルスを 20ms 周期で発生させています。
16~17 行目は、180 度動いたら反転して元へ戻る処理。

さて、ここで 14 行のコメントアウトを外したらどうなるでしょう。周期が 40ms に延びますね。サーボモータの動きが半分の速さになりますが、特に問題なく動きます。速度が半分になったのは、1 周期ごとの増分が見かけ上半分になったためですから、increment を倍の 40 にすれば元の速さに戻ります。
では、13~14 行をコメントアウトして、increment を 10 にするとどうでしょうか。周期は 10ms になりますが、サーボモータは変わりなく動きます。

つまり、周期 20ms はかなりラフでいいってことのようです。俺にはわからんのですが、諸々の性能上の理由で、デューティー比はこれぐらいにするのがいいですよ、って値。たぶん、そーゆーこと。

ボリュームを追いかけるサーボモータ

サーボモータを動かす基本がわかりました。基本をわかった上で、でも実際に利用するときはライブラリ Servo.h を使うのが簡単で、便利です (^_^;)

ボリュームを動かすとその位置に応じてサーボモータが動くスケッチを作りましょう。基本はスケッチ例の knob ですが、knob は delay() を使っています。俺たちは Ditch the delay() でいきますよ。

1. #include <Servo.h>
3. Servo myservo;
5. byte potentiometerPin = 0;
6. byte servoPin = 9;
8. void setup() {
9.   myservo.attach(servoPin);
10. }
12. void loop() {
13.   static int value = 0;
14.   static byte interval = 15;
15.   static unsigned long previousMillis = millis();
17.   if(interval < millis() - previousMillis) {
18.     value = analogRead(potentiometerPin);
19.     value = map(value, 0, 1023, 0, 180);
20.     myservo.write(value);
21.     previousMillis = millis();
22.   }
23. }

更新時刻が過ぎたら (17行) 、ボリュームの位置を読み取り (18行) 、サーボモータへ出力 (20行) 、更新時刻を記憶 (21行) する。ステートマシンです (^_^;)

クラスの勉強したんだからね

自信ないけど、インスタンス化してみましょう。

1. #include <Servo.h>
3. class Follow {
4.     Servo myservo;
5.     byte potentiometerPin;
6.     int value;
7.     byte interval;
8.     unsigned long previousMillis;
10.   public:
11.     Follow(byte pin) {
12.       potentiometerPin = pin;
13.       value = 0;
14.       interval = 15;
15.       previousMillis = millis();
16.     }
18.   void Attach(byte servoPin) {
19.     myservo.attach(servoPin);
20.   }
22.   void Update() {
23.     if(interval < millis() - previousMillis) {
24.       value = analogRead(potentiometerPin);
25.       value = map(value, 0, 1023, 0, 180);
26.       myservo.write(value);
27.       previousMillis = millis();
28.     }
29.   }
30. };
32. Follow follow1(0);
34. void setup() {
35.   follow1.Attach(9);
36. }
38. void loop() {
39.   follow1.Update();
40. }

どうだ。これでボリュームとサーボモータのセットをいくつでも増やせますぞ。
あ、そろそろサーボモータを追加注文しないといかんな (^_^;)