Arduinoの基礎 - サーボモータ

概要

ここでは、Arduinoを使用して、サーボモータを駆動させる方法を記載する。

サーボモータは、模型の車や飛行機、あるいはロボット等の遠隔操作に使用される。

サーボモータは信号を受信すると、信号に応じた角度にスプライン軸が動く。
一般的に、軸にはサーボホーンと呼ばれる部品が取り付けられる。

サーボ制御信号

サーボモータには、ワイヤが3本接続されており、そのうち2本は駆動用の電源、残りの1本が信号を受信する。
一般的に、PWM信号を受信して、それに応じた切れ角に動作する。

(1) 基本となる周期は、20[ms](50[Hz])で約1.5[ms](1500[µs])のパルス信号を受信すると、軸は中立位置に動く。
(2) 2[ms]のパルス信号を受信すると、約90[度]時計回りに動く。
(3) 1[ms]のパルス信号を受信すると。約90[度]反時計回りに動く。

実際の製品において、周波数は50[Hz]から200[Hz]のものがあり、中立となるパルス幅は1520[µs]となるなど、製品によって仕様の違いがある。

サーボモータの制御

Arduinoでは、サーボモータ制御用ライブラリが使用できる。
そのため、設計者自身が特定のパルス幅の信号を生成する必要はない。

下図のように可変抵抗を接続して、実際に、ツマミの動作量とサーボモータの切れ角を同期させる。

Arduinoのサンプルコードを以下に記述する。

可変抵抗からの電圧を、アナログ信号の1番ピンで読み取る。
analogRead関数は、0から1023までの値を返すため、0を-90[度]、1023を+90[度]に対応させる。
ここでは、0から1023までの値を0から180に対応させるため、map関数を使用している。

サーボモータはServoクラスで実装されており、サーボモータの切れ角はServo.writeメソッドに0から180で指定する。
中立位置は、90である。

 #include <Servo.h>
 
 Servo servo;
 
 const int PIN_SERVO = 10;
 const int PIN_POT = 1;
 
 void setup()
 {
    servo.attach( PIN_SERVO );
 }
 
 void loop()
 {
    int i = analogRead( PIN_POT );
    int angle = map( i, 0, 1023, 0, 180 );
    servo.write( angle );
    delay(15);
 }

実際に、サーボモータへの出力をオシロスコープで確認すると(下図を参照)、20.0[ms]周期のPWM信号が送信されている。