ラジコンサーボを動かす

ラジコンサーボを動かす

考え方など基本は同じですので、まず　Tekurobo工作室
ラジコンサーボモーターを動かす　を見てください。　ここでラジコンサーボの動作の原理がほぼわかるとおもいます。

ラジコンサーボモーター(RCサーボ)を動かす制御をやってみます。
上記ＨＰにあるように、RCサーボモーターは決まったパルス幅のパルスを送り込めば、それに応じて角度回転します。

ＳＰモーターと異なり、新たに入力したパルス数に応じた角度回転するものではなく、
入力パルス幅で目標角度が決まります。だから、同じパルス幅を送り込み続ければ回転はせず、停止したままです。

パルス幅で制御するということから制御は難しそう？　という先入観を持ちますが、正確なパルスを作ることが出来れば、ステッピングモーターよりずっと簡単、楽です。

そのため、歩行用ロボットなどには多用されています。一度ラジコンサーボを動かしてみれば、その多用されている理由がわかるでしょう。やっぱり一番有用、手軽です。

ラジコンサーボモーターを動かすには

パルスをサーボモーターに入力するだけです。その入力パルス幅によって決まった角度に回転します。

パルス幅　＝　目標角度　　になります。
例えば、仮に

1.7ms　＝　　30°　　　と考えれば、

1.7msのパルスを信号ラインに送り込んでやればいいだけです。すると３０°回転します。 ずっと1.7msのパルス幅を送り込み続けても、３０°の角度で停止したままです。

つまり、回転させたい角度のパルス幅を送り込むだけでいい。そして、パルス幅はマイコンで簡単に作ることができる。
だから制御が簡単。

ラジコンサーボはトルクもあるし、制御も簡単、ＳＰモーターより軽い、ということで多用されるわけです。
やってみれば簡単です。

タイマーＷ　を使用してきたので、これでパルス幅を作り制御します。
ここではフタバの一般のラジコンサーボＳ3003　を使用しました。

設定

マイコンでパルスを作る

パルスはモーターのＰＷＭ制御でも、ＳＰモーター制御にも、以前に出てきましたが、凸凹している波形なので難しそうに見えますが、例えば、1.5ms幅のパルスを作るには ピン出力をＯＮにして、1.5ms後にＯＦＦにする、そしてＯＦＦ　に10ms程おいて、またON　で1.5ms・・・　という設定で1.5ms幅のパルスが作られます。

タイマーを使えば、その設定だけでラジコンサーボ用の制御パルスを作れます。

TekuRobo工作室の図を使用させてもらいました

一般のラジコン用サーボ制御で重要なのは、ON　（凸）の時間で、サーボの種類によりますが
　1ms　-　2msの範囲で指定するものが多いようです。

周期は図の２０mSですが、周期は（つまりOFF時間長さをどうするか）、これは幅があるようで、10ms～20msぐらいでもいいようです。（小さくしたほうが応答性はよいでしょう）

ここでは、タイマーＷの設定だけで、そのパルス幅を変えて、首振りの動作をさせてみます。

周期は10ms

パルス幅は
１．５ms（中央）　→　１．２ms　→　1.3ms　→　1.4ms　→　15ms　　と変えていきます。

タイマーＷ設定

ここで、タイマーＷの　ＰＷＭ出力機能　を使用します。

タイマーＷのＰＷＭ出力機能では、３つの出力ピンまで別々のパルス信号を出力することが出来ます。（ＦＴＩＯＢとＣ、Ｄに違うパルス出力可能）
ここでは１つの出力　ＦＴＩＯＢ　ピンしか使いません。

プログラム内で、その出力のパルスの幅を次々といくつか変えてみて、サーボの回転角を変えます。

タイマーＷのＰＷＭ出力

周期はＧＲＡで設定します。
パルス幅はＧＲＢで設定し、ＦＴＩＯＢピンから出力する。

ＰＷＭ出力設定

この設定で
コンペアマッチＢで
　出力ＦＴＩＯＢ　1　→　0

コンペアマッチＡで　カウンタクリア　（ＴＣＮＴ　→　０）
と共に
出力ＦＴＩＯＢ　→　1　
になります。　（下図）

周期とパルス幅の設定

• 周期の設定をＧＲＡ
• パルス幅を　ＧＲＢ

として ＧＲＡ，ＧＲＢの設定値で　周期とパルス幅を調節できます。

内部クロックの1/8( 2MHz )に設定するので、

周期の設定のためのＧＲＡの設定値計算

周期を１０msにするには　ＧＲＡは

<周波数[Hz]で考えると>

１０ｍｓ　は　１/１０　×１０００（ms）　＝　100Hz
ＧＲＡ＝　２００００００(2M)　/　１００　＝　２００００　　　　（１０msのＧＲＡ設定値）

<パルス幅[ms]から計算すると>

２００００００(2M)　/　1000　×　パルス幅ms
2000　×　10　＝　20000

ＧＲＡ＝２００００　に設定

パルス幅の設定のためのＧＲＢの設定値計算

パルス幅を１．５ｍｓにするには　ＧＲＢは

<周波数で考えると>

１．５ms　は　１/１．５×１０００＝　666Hz
2000000(2M)　/　666　×　1000　＝　3000　（１．５msのＧＲＢ設定値）

<パルス幅[ms]から計算すると>

２００００００(2M)　/　1000　×　パルス幅ms
2000　×　1.5　＝　3000　（１．５msのＧＲＢ設定値Ｂ）

ＧＲＢ＝３０００　に設定

その中心1.5ms　から　パルス幅　±０．５ms　の範囲で回転させてみます。
１．５ms（中央）　→　1.0ms　→　1.2ms　→　1.4ms　→　15ms　
（あまり大きく回転させると範囲を越えてギアがこわれる恐れがあります）

同様に　パルス幅から計算すると（２０００　×　パルス幅ms）

回路図

フタバの一般のラジコンサーボＳ3003　使用です。
ラインは　赤が電源＋（５Ｖ）
黒が　GND
白が　パルス信号
となっています。
* モーター電源は必ず別電源を使用のこと。Ｈ８ボードのピンからも５Ｖが取れますが使わないように。

プログラム

 
//  PWM信号でサーボを動かす 

#include<3664.h>

void msecwait(int msec)
/*mesc間なにもしない時間稼ぎ関数*/
{
    int i,j;
    for (i=0;i< msec;i++) {
        for (j=0;j<1588;j++);    /*　1588=0.02s約　*/    }
}
void main(void)
{

  DI;
  TW.TMRW.BYTE=0x01;      // FTIOB端子をPWM出力に設定 
  TW.TCRW.BYTE=0xB2;      // ﾏｯﾁＡでカウンタクリア、内部クロックの1/8( 2MHz )　FTIOBの初期値は1

  TW.TCNT=0x0000;         // TCNの初期化 
  TW.GRA=20000;            // 20mS (50Hz)
  TW.GRB=3000;            // 1.5mS 
  
  TW.TMRW.BIT.CTS=1;      // TCNTカウンタスタート 
  EI;
  
  //段階的に速くしてみる
  
  while(1){
 
 //ｾﾝﾀｰ
    TW.GRB=3000;            // 1.5mS   
 //   outs("3000\r\n");
     msecwait(1000); //２s
   
 //右回転   
    TW.GRB=2000;      // 1.0mS 
      msecwait(1000);

     TW.GRB=2400;     // 1.2mS      
      msecwait(1000);  
      
     TW.GRB=2800;     // 1.4mS     
      msecwait(1000);       
 
  //ｾﾝﾀｰ
    TW.GRB=3000;            // 1.5mS   

     msecwait(1000);  
 
            
 //左回転   
   TW.GRB=4000;      // 2.0mS 
      msecwait(1000);  

     TW.GRB=3600;       // 1.8mS    
      msecwait(1000);  
      
     TW.GRB=3200;        // 1.6mS   
      msecwait(1000);       
     
  }
}

       

ほとんどタイマーＷの設定だけです。

タイマーＷのＰＷＭ出力設定にし、
　周期は10ms　固定　　（ＧＲＡ設定値で3000
　パルス幅を1.5ms　±0.5　の範囲　（ＧＲＢ設定値で3000　±1000

パルス幅でサーボモーターの回転角度が変わります。パルス幅を変えるためにＧＲＢをwhile(1)ループ内で変更しています。
パルス幅はＧＲＢに、角度に対応した設定値を入れることでサーボの回転角度を変えます。

msecwait(int msec)で無駄ループで間隔をあけ、パルス幅を次々変えて、サーボの回転を変えます。

実行結果

まず、サーボモーターに入力する前に　3664の出力をテスターでデューティ比を測ってみると、目的のパルス幅と同じでした。

サーボモーターは
最初　中央（1.5ms、GRB=3000）→　約４５°（1.0ms、GRB=2000）
　→　３０°ぐらい（1.2ms、GRB=2400）　→　・　・　・
と　約２秒おきに　回転角度を変えていきます。

今回はただ、首振りの動作確認だけでした。実際に使う段階では応用として、いろいろな入力を取り込んでサーボのパルスにして出力することになると思います。

まとめメモ

タイマーＷのＰＷＭ出力機能では　３つの別々のパルスを出力できる。

●ＰＷＭ出力

• ＧＲＡで周期
• ＧＲＢ、　ＧＲ・・ＧＲＤ　で各パルス　入力する
• 出力ピンは　ＦＴＩＯＢ　、ＦＴＩＯＣ、ＦＴＩＯＤ
  

ＰＷＭ出力設定