今回はホビー用途でも手軽に使えるサーボモーターSG90をRaspberry Piから制御する方法について解説したいと思います。
Raspberry Pi（ラズベリーパイ）とは
Raspberry Pi（ラズベリーパイ）はイギリスのラズベリーパイ財団が教育用に開発したボードコンピュータです。
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最新のRaspberry Pi 4では、ARMアーキテクチャを採用したBroadcom製の高性能SoC BCM2711を搭載しており、1.5GHzで動作するARM Cortex-A72が4コアとマイコンボードの中では非常に高速な処理能力を持っています。また、ユーザーがアクセス可能な40ピンのGPIOも搭載しており、外部ハードウェアを制御することが可能です。
詳細なスペック等は以下の記事で解説していますので、あわせてご覧ください。
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サーボモータ SG90
今回使用するサーボモーターはSG90というホビー用途などで良く用いられる小型のモーターです。
ARCELI 飛行機 9g SG90ミニサーボアクセサリー450飛行機カーボート（4pcsパック）
私は今回アマゾンで4個パックのものを購入しました。モータを固定する部分のプラスチックの部品が3種類ついているものを選びました。
下記の写真のようにサーボモーターはからは3本の配線が出ています。
赤：電源、茶：GND、オレンジ：制御信号となります。
以下のようにRaspberry Pi 4のGPIOに接続しました。赤と茶はRaspberry Pi 4の5VとGND、オレンジはGPIO18のPWMポート（ソースコードでGPIO18を指定しているためです）へ接続します。
なお今回はサーボモーターの動作テストで負荷無しで動かすため、電源をRaspberry Piから取りました。本来はRaspberry Piからは少ない電流しか流せないため、モーターの負荷を付けたり、複数のモーターを駆動する場合は、別途モーター駆動用電源回路を用意する必要があります。
PWMとは
Raspberry PiからPWM信号を出力する方法については以下の記事で解説しています。今回もRaspberry PiのGPIO制御ライブラリ、pigpioを使っています。
SG90仕様
SG90の仕様は以下となります。1周期20msのPWM信号で、そのうちのデューティー比を変更することでサーボモーターの位置を制御します。
PWMのON時間が0.5msで-90度、2.4msで90度の位置に制御できます。
PWMのデューティー比
デューティー比の計算は「デューティー比＝パルス幅/周期」となります。
ON時間0.5msはデューティ比2.5％、
ON時間2.4msはデューティ比12％です。
以下のようにPythonのコード上でデューティー比を指示します。
duty1 = 2.5 #デューティー比を%で指定 0度はduty2.5%
duty2 = 12 #デューティー比を%で指定 180度はduty12%
cnv_dutycycle1 = int((duty1 * 1000000 / 100))
cnv_dutycycle2 = int((duty2 * 1000000 / 100))
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作成したソースコード
SG90を制御するプログラムをPythonで以下のように記述しました。
サーボモーターを-90度から+90度の位置まで駆動します。
import pigpio
import time
pi = pigpio.pi()
#PWMパラメータ
pwm_pin1 = 18 #PWM出力ピンを指定
duty1 = 2.5 #デューティー比を%で指定 0度はduty2.5%
duty2 = 12 #デューティー比を%で指定 180度はduty12%
freq = 50 #PWM周波数をHzで指定 SG90は1周期20ms(50Hz)
#パラメータ変換
cnv_dutycycle1 = int((duty1 * 1000000 / 100))
cnv_dutycycle2 = int((duty2 * 1000000 / 100))
#PWMを出力
pi.hardware_PWM(pwm_pin1, freq, cnv_dutycycle1) #サーボを0度の位置に駆動
time.sleep(3) #3秒停止する
pi.hardware_PWM(pwm_pin1, freq, cnv_dutycycle2) #サーボを180度の位置に駆動実行結果
プログラムを実行した結果、以下のように正しく駆動することができました。
動画では先ほどのプログラムを2回実行しています。
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まとめ
今回は安価で手軽に使えるサーボモーターSG90をRaspberry Piで制御する方法を解説しました。サーボを使うことで「ソフトウェアからモノを動かす」ということができるようになりますので、ぜひ活用してみてください。
当サイトでは今回紹介したようなサーボモーターを関節に12個搭載したスパイダーロボットの製作も行っています。
また、Raspberry Piでのハードウェア制御をさらに深く学びたい方にはUdemyの以下の講座がおすすめです。
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また、以下の記事で効率的にPythonのプログラミングスキルを学べるプログラミングスクールの選び方について解説しています。最近ではほとんどのスクールがオンラインで授業を受けられるようになり、仕事をしながらでも自宅で自分のペースで学習できるようになりました。
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それでは、また次の記事でお会いしましょう。
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