タミヤ 1/35 マークIV カメラ付きラジコン化計画 (その１３) ~サーボモータを制御する~

time 2018/12/29

昨日、今年最後の出社をしてきました！（今日は二日酔いで若干頭が痛いです）
今年も残すところあと少しなので張り切っていきましょう！

さて、今日もマークⅣを作成していこうと思います。今回はサーボモータを制御するお話です。

配線図

以前購入したPWMドライバ「HiLetgo PCA9685」とサーボモータを使ってラズパイからサーボモータを制御しようと思います。

接続図はこのようになります。Raspberry Pi Zero(以下ラズパイ)はUSBコネクタから電源供給せず、GPIOピンから電源を供給することにします。USBケーブルが不要になるので面積を小さくすることができます。また、HiLetgo PCA9685のピンの説明をざっくりまとめてみました。

項目	説明	備考
V+	サーボモータ用の電源	上図のサーボモータと接続されている赤いラインの電源
VDD	IC(PCA9685)の電源	PWMを制御するICの電源
SDA	I2C通信のデータ信号線	–
SCL	I2C通信のクロック信号線	–
OE	アウトプットイネーブル	このピンをHighにするとPWM出力しなくなる。今回は使わない
GND	グランド	–

※この説明は簡易的なものです。詳細はデータシートを参照して下さい。

配線

実際に配線していきましょう。といっても、先ほどの配線図通りにケーブルをつなぐだけです。

上の図では抵抗器が入っていますが、これは不要です(間違えてプルアップ抵抗を入れていましたが、ラズパイには不要でした)。今回の配線では、直接ハンダ付けを行わず、ブレッドボード上に配線を構築していきます。

i2c-toolsのインストール

ラズパイでI2Cの接続を確認するために”i2c-tools”をインストールします。以前と同様にTera Termからラズパイに接続して、以下のコマンドを実行します。

sudo apt-get update
sudo apt-get i2c-tools

1 2	sudo apt-get update sudo apt-get i2c-tools

問題なくコマンドが実行できれば、i2c-toolsのインストールは成功しているはずです。配線が完了している状態で以下のコマンドを実行すると、ラズパイのGPIOに接続されたデバイスのスレーブアドレスが見えるはずです。

スレーブアドレスのテーブルにスレーブアドレス(40,70)が表示されました。

トラブルシューティング

スレーブアドレスが表示されなければ、何か問題があるかもしれません。その場合は、以下の点を確認してみてください。
・配線が間違っていないかどうか
・I2Cの設定が有効になっているかどうか

Adafruit_PCA9685のインストール

Adafruit_PCA9685をインストールします。これは名前の通り、PCA9685をRaspberry PiやBeagleBoneBlackで使用するためのPythonコードです。Adafruit_PCA9685のソースコードをgit cloneしてインストールしても良いですが、今回は以下の方法で進めます。

sudo pip install adafruit-pca9685

1	sudo pip install adafruit-pca9685

エラーが発生しなければ問題なくインストールされているはずです。

i2cテストプログラムの作成

PWMドライバが接続されていることが確認できたので、今度はPythonを用いてテストプログラムを作成しましょう。今回のテストプログラムは、サーボモータを毎秒おきに一定の角度に切り替えるものを作成します。

vi servo.py

1	vi servo.py

viエディタで”servo.py”というテストプログラムを作成します。

#! /usr/bin/env python3

import time
import Adafruit_PCA9685

pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()
pwm.set_pwm_freq(60)

while True:
    pwm.set_pwm(0, 0, 150)
    pwm.set_pwm(1, 0, 150)
    time.sleep(1)
    pwm.set_pwm(0, 0, 300)
    pwm.set_pwm(1, 0, 300)
    time.sleep(1)
    pwm.set_pwm(0, 0, 450)
    pwm.set_pwm(1, 0, 450)
    time.sleep(1)

#! /usr/bin/env python3

import time

import Adafruit_PCA9685

pwm = Adafruit_PCA9685.PCA9685()

pwm.set_pwm_freq(60)

while True:

pwm.set_pwm(0, 0, 150)

pwm.set_pwm(1, 0, 150)

time.sleep(1)

pwm.set_pwm(0, 0, 300)

pwm.set_pwm(1, 0, 300)

time.sleep(1)

pwm.set_pwm(0, 0, 450)

pwm.set_pwm(1, 0, 450)

time.sleep(1)

入力が完了したら、”:w”で保存し、”:q”でviコマンドを終了します。

動作確認

ではコマンドを実行してサーボモータが動くか確認してみましょう。以下のコマンドを実行するとサーボモータが動くはずです。

./servo.py

1	./servo.py

1秒ごとにサーボモータの軸の角度が変化すればOKです。

波形確認

動いている時のPWM信号(PWMドライバの黄色いピンのところ)の波形を見てみました。

安いオシロスコープ(KKmoon デジタルオシロスコープ)で制御ピンを確認してみたら、デューティー比が変化しているのがわかります。以下に実際に動作した時の動画を載せました。

動画

※動画では色々と試していたため、記事の内容と配線が異なりますが、記事の通りで問題ありません。

あとがき

今回はサーボモータの制御についてまとめてみました！今回はサーボモーターのみ動かしましたが、サーボモーターが動かせるということは、マークⅣの走行用DCモーターの速度制御やLEDの光量調節などが行えるということです！マークⅣは前照灯がありませんが、第二次世界大戦以降の戦車などを作る場合はLEDとか付けてみたいですね！

あと、今回初めてYoutubeに動画投稿してブログにリンクを埋め込んでみました。記事の補足説明に便利なので今後も使っていこうと思います。

では今回はこれで終わりにしようと思います！明日は地元に帰ってしまうので、何とかもう一記事くらい書きたいですが、無理はしないようにします(笑)。ではでは～