【MicroPython】RaspberryPi Pico/Pico WでサーボモーターSG90を使う方法

単3電池用電池ボックス 2本/3本 2個入り電池ケース 3V/4.5V ON/OFFスイッチ付きリード線付き単3電池ボックスバッテリーボックスケース電池ホルダー (3本)

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電池ボックス

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電池ボックス(単4)

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プログラム概要

今回のプログラムの概要は以下の通りです。

PWMの設定をする。
サーボモータを動かす。

実行結果

後述するプログラムの実行結果です。サーボモータが「-90度」「0度」「+90度」の順で、3回動作します。

全体コード

全体コードは以下の通りです。詳細な内容は後述する「コードのポイント」で解説します。

import machine
import time
from machine import PWM

# GP28をPWMとして使います
pwm  = PWM(machine.Pin(28, machine.Pin.OUT))

# サーボが動作可能な範囲です
ANGLE_RANGE = 180
# サーボに指定するPWMの時間の範囲です
TIME_RANGE  = 1.9
# サーボに指定できる最小の時間です
MIN_TIME    = 0.5
# サーボのPWMの周期時間です
CYCLE_TIME  = 20.0

# 
#  角度⇒PWM信号に変換する関数です
#
def moveServo(pwm, angle ):

    # 入力角度のチェックです。±90以外はエラーにします
    if  angle < -90  or angle > 90 :
        return False

    # 指定角度を、0～180の表現に変えます
    angle = angle + 90

    # 指定角度を、全体(180度)中の割合に変換します
    percent =  angle  / ANGLE_RANGE

    # 割合を時間の範囲に適応して、指定角度を動かす時間を計算します
    addTime = TIME_RANGE * percent

    # 時間範囲は0.5から始まるので0.5に指定角度の時間を足します
    time = MIN_TIME + addTime

    # 指定角度の時間を、20msecの周期中の割合(%)に変換します
    ratio = time / CYCLE_TIME
    
    # 16bit(0~65535)の値(整数)に変換します。
    ratio = (int)(65535 *  ratio)
    
    # 動作実行します
    pwm.duty_u16(ratio)

    return True

#
#  メイン処理
#

#周期を1秒間に50回(50Hz)に設定します
pwm.freq(50)

# -90度、0度,90度に3回動かします。
for i in range(3):

    # -90度
    moveServo(pwm,-90 )
    print("-90")
    time.sleep(2)
    
    # 0度
    moveServo(pwm, 0)
    print("0")
    time.sleep(2)

    # 90度
    moveServo(pwm, 90)
    print("90")
    time.sleep(2)

コードのポイント

周期の設定

PWMのピンと周波数を設定します。

秋月電子さんで公開されている「SG90のデータシート」に「50Hz」と記載されているため、PWMの周波数を50Hz(1周期20msec)に設定します。

#周期を1秒間に50回(50Hz)に設定します
pwm.freq(50)

Duty比の作成

サーボ角度はPWMのDuty比を変えることで指定できます。角度の変更は何度も実行する処理のため、関数にまとめてメイン処理側のコードが簡潔にしています。

処理内容は以下の通りです。

① 角度を割合に変換

計算を楽にするため、「SG90」が動作できる範囲である±90度を、90度ずらして、0~180度の範囲(表現)に変換します。

0度に指定する例： 0 + 90 = 90度

次に、変換後の入力角度を、SG90の動作範囲(180度)で割り、入力角度が動作範囲対してどの程度の割合であるかを計算します。

0度に指定する例： 90 ÷ 180 = 0.5

# 
#  角度⇒PWM信号に変換する関数です
#
def moveServo(pwm, angle ):

    # 入力角度のチェックです。±90以外はエラーにします
    if  angle < -90  or angle > 90 :
        return False

    # 指定角度を、0～180の表現に変えます
    angle = angle + 90

    # 指定角度を、全体(180度)中の割合に変換します
    percent =  angle  / ANGLE_RANGE

    # 割合を時間の範囲に適応して、指定角度を動かす時間を計算します
    addTime = TIME_RANGE * percent

    # 時間範囲は0.5から始まるので0.5に指定角度の時間を足します
    time = MIN_TIME + addTimeGLE_RANGE

② 角度から時間に変換

前述した「入力角度の割合」を使って、PWMのDuty(どれだけの時間、信号をONにすればいいか？）を計算します。

データシートを見ると、ON時間と動作角度は以下のように対応しています。

0.5msec ON -90度
2.4msec ON +90度

上記の範囲は1.9msecなので、ON時間の幅「1.9msec」に、上で計算した角度の割合を当てはめることで、入力角度を動かすためのON時間が計算できます。

0度に指定する例： 1.9 × 0.5 = 0.95

ここで、ON時間は0.5msecから始まっているため、割合で計算した値に0.5を追加します。

0度に指定する例： 0.95 + 0.5 = 1.45

時間が0.5始まりなので、ON時間に0.5をするイメージ — 0.5から始まるイメージ

    # 割合を時間の範囲に適応して、指定角度を動かす時間を計算します
    addTime = TIME_RANGE * percent

    # 時間範囲は0.5から始まるので0.5に指定角度の時間を足します
    time = MIN_TIME + addTime

③ Duty比に変換

前述までの計算で指定角度を動かす場合の、ON時間(1.9msec)が計算できました。

しかし、PWMを設定するduty_u16関数は、初期化時に指定した1周期(20msec)の内、何秒ONにするかの「割合」を「16bit」で指定する必要があるため、ON時間を割合に変換後、16bit(0~65535)の値に変換して指定します。

0度に指定する例： 1.45 ÷ 20 = 0.0725

0度に指定する例： 65535 × 0.0725 = 4751

    # 指定角度の時間を、20msecの周期中の割合(%)に変換します
    ratio = time / CYCLE_TIME
    
    # 16bit(0~65535)の値(整数)に変換します。
    ratio = (int)(65535 *  ratio)
    
    # 動作実行します
    pwm.duty_u16(ratio)

    return True

まとめ

RaspberryPi Pico / Pico Wで、サーボモータ(ラジコンサーボ)SG90を使う方法を解説しました

SG90は簡単に使えて値段もお手軽、「ちょっと動く何かを作ってみたいな」「初めてモーターを触ってみたい」という方にピッタリなモーターです。

動く工作も簡単に作れるので、興味を持ったかたはぜひ遊んでみてください。参考になればうれしいです。

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