Arduino, Servo moter サーボモーター PWM

1. 第３回 制御基礎②:ARDUINOの基礎
∼ロボットで作る未来∼
担当：矢野慎一郎（やのしん）
ブレッソン・アンド・ビズ株式会社代表取締役
Twitter: @yanoshin
13年7月2日火曜日

2. 本日のゴール
実習１：Arduinoでサーボモータを制御
実習２：入力に応じてサーボモータ制御
実習３：実は⃝⃝⃝を簡単に⃝⃝する⃝⃝があった
課題：センサ+サーボ/LEDで何か設計実装してみよう
13年7月2日火曜日

3. 前回のおさらい
Arduinoの基礎知識
実習１：ArduinoでLEDを点滅制御しよう
Arduino IDE、オームの法則E=R×I、デジタル出力ピン、LED
実習２：スイッチでLEDを点灯/消灯制御しよう
デジタル入力ピン、プルアップ抵抗
実習３：光センサでLEDを点灯/消灯点滅制御しよう
アナログ入力ピン、Cds(照度センサ）、分圧回路
13年7月2日火曜日

4. 導入：サーボモータについて
13年7月2日火曜日

5. サーボモータとは
サーボ機構において位置、速度等
を制御する用途に使用するモータ
正確な位置や速度を制御するため
に、フィードバック回路によりコ
ントロール（後述）
今回の位置検出の手法：ポテンシ
ョメータ方式
今回の実習で使うサーボモータ：
E-MAX ミニサーボ ES08A
動作電圧：4.8V ∼ 6.0V
動作スピード： 0.12sec/60° (4.8V)
トルク：1.5 kg/cm (4.8V)
１個あたり４８０円くらい
13年7月2日火曜日

6. サーボモータの使用例
13年7月2日火曜日

7. ごめんなさい…
完成、今週に間に合いませんでした…
13年7月2日火曜日

8. 比較：DCモータ
DC(=直流）電源で回転するモータ
グルグルと３６０度以上に回転する
ミニ四駆などの駆動など
13年7月2日火曜日

9. 使用上の注意
【 ご注意事項 】＊サーボのスペックサイトより抜粋
最大角度でサーボがジリジリとなったり急激に熱くな
った場合はサーボの最大動作角度を超えている状態な
ので、すぐにニュートラル位置に戻して下さい。
またその現象が起きるエンドポイントの位置以下でお
使い下さい。
13年7月2日火曜日

10. デモ
サーボモータを実際に動かしてみます
参考比較としてDCモータとの違い
13年7月2日火曜日

11. サーボモータ
ホーンセット内部はモータの他、
ギアと電子回路
13年7月2日火曜日

12. ∼実習１∼
13年7月2日火曜日

13. ①Arduinoでサーボモータを制御
実習ポイント：PWM(パルス幅変調）
13年7月2日火曜日

14. [Tis] PWMを理解する
ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）
Width …幅（発音wídθ：ウィズ、ウィドゥス ☓ ワイズ)
変調＝送りたい情報を送信経路に適した形の信号に変換する
パルスの周期を一定にしてパルス幅を変える事で目的に合った制御を行う
【デューティ比 ＝ パルス幅 / 周期】
左の例の場合：
パルス幅1ms の時のデューティ比＝
1ms / 20ms = 0.05 = 5%
パルス幅2ms の時のデューティ比＝
2ms / 20ms = 0.05 = 10%
20ms
ms（ミリ秒） ＝0.001秒（千分の一秒）
μs(マイクロ秒）＝0.000001秒(百万分の一秒）
今回一番の山場！
13年7月2日火曜日

15. [Tis] PWMを理解する
パルス幅（＝デューティ比）
サーボモータの角度
狭い 1ms 中位 1.5ms 広い 2ms
0度 90度 180度
ソースコードで表現すると？（周期は20ms＝20000μsとした例）
13年7月2日火曜日

16. 回路図
回路図ってほどのものじゃ…
【今回のサーボの端子色】
黄色…信号線(pulse)
赤色…電源＋
茶色…電源−（GND)
13年7月2日火曜日

17. 実体配線図
配線図ってほどのものじゃ…
【今回のサーボの端子色】
黄色…信号線(pulse)
赤色…電源＋
茶色…電源−（GND)
13年7月2日火曜日

18. ソースコード
ポイント
・周期ーパルス幅で 間を作り、合計で常に周期20ms間隔を作る
13年7月2日火曜日

19. [Tis] オシロスコープは便利
電気の波形を視覚化する道具
無くても電子工作できるんだけど、あると回路動作の理解が数倍深まる、
デバッグが早くなるなどメリットは沢山
13年7月2日火曜日

20. [Tips]コンデンサでノイズ除去
本来は、サーボモータの電源＋付近にコンデンサ
（0.1μF程度）を設置したほうがいい
コンデンサ＝電気を瞬間的に貯めこむ部品
→溜め込んだ後は電流が流れなくなる
☆→直流を遮り、交流を通す
本来はめっちゃ重要な部品のひとつなんだけど、今回は内容の軸がブレてし
まうため割愛…（ぜひ勉強してください）
13年7月2日火曜日

21. ∼実習２∼
13年7月2日火曜日

22. ②入力に応じて角度を制御
ポテンショメータを回す量に応じて、サーボモータの回転角を制御してみます
13年7月2日火曜日

23. [Tips]ポテンショメータ（可変抵抗）とは
回転数や角度によって、抵抗値が変わる部品
13年7月2日火曜日

24. [Tips]分圧回路(復習）
抵抗値によって電圧を分圧することができる
⇒欲しい電圧範囲を設計することができる
Cdsの場合の例
13年7月2日火曜日

25. [Tips]ポテンショメータ（可変抵抗）とは
両端で10ｋΩ、メータを回すことで真ん中の端子と両端の抵抗値が0Ω∼10kΩ変化します
今回は分圧目的ではなく、０V∼５Vを可変で得るために使います（ボリュームつまみ）
13年7月2日火曜日

26. [Tips]サーボの仕組み
①
②
③
④⑤
①∼⑤が繰り返され、目的の位置・角度になった時点で停止
13年7月2日火曜日

27. 回路図
アナログ入力A0に
入る電圧は０∼５ｖ
変化する
13年7月2日火曜日

28. 実体配線図
電源＋５ｖとGNDは
ブレッドボード経由で共通化した
13年7月2日火曜日

29. ソースコード
ポイント：
・analogRead(A0) …A0ピンから電圧0∼5vを0∼1023の値で入力
・delayMicroseconds(n)…nマイクロ秒のディレイ（待ち）を発生
→ delay(n)よりも短い時間のディレイを作れる
13年7月2日火曜日

30. ∼実は…∼
なにこれ…
13年7月2日火曜日

31. ③実はもっと簡単に書ける…
サーボを制御するPWMを方法があったんです
Arduinoに標準で用意されてる、Servo型を使います
回路図と配線は実習②のままでOKです
13年7月2日火曜日

32. ソースコード
ポイント
・map (val, min_a, max_a, min_b, max_b) …aの範囲とbの範囲をマッピング変換して、
bの範囲でvalに対応する値を得る
・Servo.write(度数) …指定した度（０∼１８０）の角度にサーボを制御
13年7月2日火曜日

33. [Tips]PWMでアナログ電圧（擬似）
PWMはデジタル出力方式ですが、PWM方式によって擬似的にアナログ電圧を出力すること
ができます
→これは５V（直流）
→平均して3.75V
5v×75%=3.75v
→平均して2.5V
5v×50%=2.5v
→平均して1.25V
5v×25%=1.25v
実効電圧
↓
13年7月2日火曜日

34. みなさんへの課題
13年7月2日火曜日

35. 課題
前回・今回で学習したことを応用して、何でもいいの
で回路とソフトウェアを作ってみてください
センサ（Cds)、LED、サーボモータ、その他、今回使
っていない部品で興味があれば試してみてください
使い方は講師に聞くか、Googleるとか
圧電ブザーなんておもしろいかも？
13年7月2日火曜日

36. 発表会？
13年7月2日火曜日

37. みなさん、おつかれさまでした
ありがとうございました
13年7月2日火曜日