Raspberry Piで複数のサーボモーターを制御する

PWM/サーボ制御モジュールを使わずに、複数のサーボモーターを制御する方法の備忘録です。

はじめに
Raspberry Piで複数のサーボモータを制御する
おわりに
参考

はじめに

最近またRaspberry Piを触って遊んでいます。

複数のサーボモーターを制御したい、となったとき、世の事例を検索してみると、多くの場合はPWM/サーボ制御モジュールを取り付けることが多そうです。ただ今回は外部モジュールを使わずに、とりあえず素のGPIOで複数サーボを制御してみました (~~パーツの用意やはんだ付けが面倒だったので...~~)。

やり方の備忘録を残します。

[関連記事] www.bioerrorlog.work

Raspberry Piで複数のサーボモータを制御する

OS環境の準備

モデルはRaspberry Pi 4 Model B (4GB RAM)を使いました。

Raspberry PiにはUbuntu 22.04.1 LTS (64-bit)を入れています (Raspberry Pi OSなど他の環境でも特に動作に違いはないはず)。

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Ubuntu
Description:    Ubuntu 22.04.1 LTS
Release:    22.04
Codename:   jammy

Raspberry PiにUbuntuを入れる方法は別途記事にしているので、こちらを参照ください： www.bioerrorlog.work

回路を組む

回路は↓のように組みました。

サーボモーターにはSG90を使用
サーボモーターに供給する外部電源は単4電池4本パック/6Vを使用
(データシートによるとギリギリSG90の動作範囲)
外部電源とサーボモーターのマイナス端子はRaspberry PiのGNDに接続
サーボモーターのPWM制御線とRaspberry PiのGPIOを1kΩ抵抗を挟んで接続
(今回は17, 18, 27のpinを使用)

サーボモータを動かすスクリプトの用意

では、サーボモーターの動作チェックのための簡単なスクリプトを書きます。今回はPythonで書きました。

ソースコード： github.com

import math
import time
from gpiozero import AngularServo


def main():
    servo_17 = AngularServo(17)
    servo_18 = AngularServo(18)
    servo_27 = AngularServo(27)

    t = 0
    max_angle = 60
    gap_angle = 30

    try:
        while True:
            servo_17.angle = math.sin(math.radians(t % 360)) * max_angle
            servo_18.angle = math.sin(math.radians((t % 360) + gap_angle)) * max_angle
            servo_27.angle = math.sin(math.radians((t % 360) + (gap_angle * 2))) * max_angle

            t += 2
            time.sleep(0.01)
    except KeyboardInterrupt:
        servo_17.angle = 0
        servo_18.angle = 0
        servo_27.angle = 0


if __name__ == '__main__':
    main()

gpiozeroのAngularServoを使って3つのサーボを動かす、動作確認用のちょっとしたスクリプトです。回転を滑らかにするため、角度の計算にはsin関数を挟んでいます。

サーボモータを動かす

では用意したスクリプトをRaspberry Piで実行します。

スクリプトをcloneして、必要なライブラリをRaspberry Piにインストールします：

# Clone
git clone https://github.com/bioerrorlog/raspberry-pi-examples.git
cd raspberry-pi-examples/multi_servo_gpio/

# Install required packages
sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo apt install python3-pip python3-dev gcc git
sudo pip install -r requirements.txt

そしたら、Pythonスクリプトを実行します：

sudo python3 main.py

# sudoで実行するのは、下記エラー回避のため：
# RuntimeError: No access to /dev/mem. Try running as root!

上手く実行できれば、↓みたいな感じでサーボモーターが動きます。

(サーボモーター同士をダンボールで固定しています)

Raspberry Piとサーボモーターで疑似ロボットアームver0.00 動作確認

とりあえず何かが動きはじめた.

サーボ制御モジュールもソフト面の工夫もしていないので動作は不安定. pic.twitter.com/LKjnJbSS8s
— BioErrorLog (@bioerrorlog) November 20, 2022