Raspberry Piでサーボモーターを動かす

サーボモーターをPan and Tilt マウンターに取り付け、Raspberry Pi WHでPan and Tilt マウンターを動かします。

Raspberry Piとサーボモーターの接続

使用するサーボモーターの仕様を次に示します。

重量: 55グラム
動作速度: 0.17sec/60度(4.8ボルト無負荷)
動作速度: 0.13sec/60度(6.0ボルト無負荷)
ストールトルク: 4.8ボルトで13キログラム-センチメートル
ストールトルク: 6ボルトで15キログラム-センチメートル
動作電圧: 4.8～7.2ボルト
ギアタイプ:すべての金属歯車
サイズ：40ｘ20ｘ43mm
動作範囲 : 約180度

Raspberry Piとサーボモーターは次のように接続します。

Raspberry Pi	サーボモーター
GPIO12	オレンジ
GND	ブラウン
+5v	レッド

Raspberry Piとサーボモーターの接続画像を次に示します。サーボモーターはPan and Tilt マウンターに取り付けています。

Pan and Tilt マウンターは、「Fusion 360のジョイント機能を使ってサーボモータにより3Dモデルを回す」でモデル化したマウンターを使用します。

サーボモーターアプリの作成

サーボモーターアプリ「jitter.py」を次のように作成します。ライブラリはgpiozeroの「14.1.8. Servo」を使用します。

「wiringpi」のソフトウェアPWMを使用すると、サーボモータがかなりガタガタ（ジッター）するので、「pigpio」のハードウェアPWMを使用して揺れ（ジッター）を無くします。
使用するサーボモーターの周期は20ms（50Hz）で、パルス幅を0.5〜2.4ms(500~2400μs)の範囲で変化させて、0〜180°までの角度で回転させます。

jitter.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

from gpiozero import Servo
from time import sleep

from gpiozero.pins.pigpio import PiGPIOFactory
factory = PiGPIOFactory()
servo = Servo(12, min_pulse_width=0.5/1000, max_pulse_width=2.5/1000, pin_factory=factory)

servo.mid()
sleep(5)
servo.min()
sleep(5)
servo.max()
sleep(5)
servo.mid()
sleep(5)
servo.value = None

サーボモーターアプリの実行

次のコマンドでサーボモーターアプリ「jitter.py」を実行します。Pan and Tilt マウンターの角度が、90°、0°、180°、90°に変化します。

$ sudo pigpiod
$ python3 jitter.py

「 pigpiod」が起動していないと次のエラーメッセージが表示されます。

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Can't connect to pigpio at localhost(8888)

Did you start the pigpio daemon? E.g. sudo pigpiod

Did you specify the correct Pi host/port in the environment
variables PIGPIO_ADDR/PIGPIO_PORT?
E.g. export PIGPIO_ADDR=soft, export PIGPIO_PORT=8888

Did you specify the correct Pi host/port in the
pigpio.pi() function? E.g. pigpio.pi('soft', 8888)
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Traceback (most recent call last):
  File "jitter.py", line 8, in 
    factory = PiGPIOFactory()
  File "/usr/lib/python3/dist-packages/gpiozero/pins/pigpio.py", line 126, in __init__
    raise IOError('failed to connect to %s:%s' % (host, port))
OSError: failed to connect to localhost:8888

スイングアプリの作成

スイングアプリ「sinwave.py」はサイン関数を用いて、Pan and Tilt マウンターの角度をスムーズに変化させます。

sinwave.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

from gpiozero import Servo
import math
from time import sleep

from gpiozero.pins.pigpio import PiGPIOFactory
factory = PiGPIOFactory()
servo = Servo(12, min_pulse_width=0.5/1000, max_pulse_width=2.5/1000, pin_factory=factory)

while True:
  for i in range(0, 360):
    servo.value = math.sin(math.radians(i))
    sleep(0.01)

スイングアプリの実行

次のコマンドでスイングアプリ「sinwave.py」を実行します。

$ sudo pigpiod
$ python3 sinwave.py

Pan and Tilt マウンターの角度がサインカーブで変化します。

＜参考＞連続回転のサーボモータ

次のような連続回転するサーボモータを入手しました。サーボモーターの周期は20ms（50Hz）で、パルス幅を0.5〜2.4ms(500~2400μs)の範囲で変化させて、サーボモーターの回転する速度と方向が手動で変化できます。

次のPythonスクリプト「rotate.py」で動作を確認できます。servo.max()で最高速の右回転、servo.min()で最高速の左回転、servo.mid()で停止、servo.valueで「-1」から「1」までを変化すると回転する速度と方向が手動で変化できます。

rotate.py

#!/usr/bin/python
# -*- coding: utf-8 -*-

from gpiozero import Servo
from time import sleep

from gpiozero.pins.pigpio import PiGPIOFactory
factory = PiGPIOFactory()
servo = Servo(12, min_pulse_width=0.5/1000, max_pulse_width=2.5/1000, pin_factory=factory)

#servo.mid()
#sleep(5)
#servo.min()
#sleep(5)
#servo.max()
#sleep(5)
#servo.mid()
#sleep(5)
servo.value = 0.5