マイクロサーボを使ってみる(Arduino)

2021年7月24日 2021年9月28日

gifu_shino.g

サーボ機構で位置や速度等を制御するのに使用される
ものですが、ロボット産業をはじめとするいろいろな分野で
利用されており、種類もたくさんあります。
今回は、ホビー用のマイクロサーボを使ってみます。

今回使用するマイクロサーボ（SG92R）とタクトスイッチモジュールです。

マイクロサーボ　ＳＧ９２Ｒ
　¥500- [SG92R]
　・制御角：±約90°(180°)
　・トルク：2.5kgf・cm
　・動作電圧：4.8V
　秋月電子通商
　　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08914/

マイクロサーボ９ｇ　ＳＧ－９０
　¥400- [SG-90]
　・制御角：±約90°(180°)
　・トルク：1.8kgf・cm
　・動作電圧：4.8V
　秋月電子通商
　　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08761/

タクトスイッチ（黒色）
　¥10- [TS-0606-F-N-BLK]
　秋月電子通商
　　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-03647/

KY-004 タクトスイッチモジュール
（Arduino プルアップ回路用抵抗付）
　¥50- [KY-004]
　AliExpress
　　https://ja.aliexpress.com/

ブレッドボード電源モジュール
　¥100- [MB102]
　AliExpress
　　https://ja.aliexpress.com/

マイクロサーボの選択は、
私のようにお試しレベルであれば何でも構いません。
ですが、実際には、
　・制御角
　・トルク
　・動作電圧
など仕様に合ったものを選ぶことになります。
トルクは、次の図を参考にして下さい。

早速使ってみます。
私が用意した、マイクロサーボ SG92Rは、
制御角が±約90°( 180度 ) なので、
0度から180度まで30度刻みで動作させてみます。
180度まで動作したら0度へ戻し、
また同じ動作を繰り返します。

回路は図の通りです。
　　　この回路図の作図には fritzing を利用させて頂いております。
　　　https://fritzing.org/home/
　　　（※注意：見づらいですが黄色線の配線があります）

マイクロサーボ SG92Rの駆動（稼働）用の5V電源ですが、
大きな電流を必要とするため、Arduino の本体からの電源供給は、
避けた方が良いと思います。
そこで、ブレッドボードへ5Vを別電源で供給します。

電源供には、9Vの角電子を使用します。
この場合、5Vへの変換が必要になります。
そこで、
MB102ブレッドボード電源モジュールを使用します。
この電源モジュールは、Arduino UNOと同じく、
７V～12V電源用の電源ジャックと、USBケーブルによる
電源供給が可能です。
また、モジュール上のピン設定により、
供給する電圧を、5V、3.3Vのいずれかに設定が可能な便利ものです。

スケッチします。

// インクルード宣言（Servoライブラリ利用宣言）
#include <Servo.h>
// オブジェクト生成
Servo servo;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  // サーボモーター回転信号( PWM ）出力ピン設定
  servo.attach( 5 ); 
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // 変数宣言
  int angle;                                                      

  for ( angle = 0; angle <= 180; angle += 30 ){
    servo.write( angle );   // 指定角度を出力
    delay(1000);            // 1000ms停止
  }
}

サーボ制御には、Servoライブラリを利用します。
このライブラリは、既定でインストール済みだと思います。
1.オブジェクト生成
　　Servo servo;
2.サーボ信号出力用、デジタルピン設定
　　servo.attach( 5 ); 　 // 5番ピンを指定　
2.サーボへ指定角度を出力
servo.write( 30 ); // 30度を指定

Arduino に書き込んで実行してみます。
30度毎、アームが回転すると思います。

続いて、タクトスイッチを押すと、サーボが動作する
スケッチを書いてみます。

まずは、タクトスイッチを使用した回路のテストです。

タクトスイッチの使用には注意が必要です。
タクトスイッチを、デジタル端子とGNDに接続して使用する場合、
スイッチが押されれば、「HIGH」　となります。
もちろん回路も成り立っています。
しかし、
スイッチが押されていないとき、
デジタル端子には回路が接続されていない状態となり、
温度センサモジュールで説明した、開いた回路であり、
端子の電圧が不安定状態となり易く誤動作の原因になります。
このため、
温度センサモジュールで説明したプルアップ回路を接続します。

回路は図の通りです。

10KΩの抵抗を使い、プルアップ回路を形成しています。
スイッチ類を利用する場合には、
このように回路が、開いた状態にならないよう、
プルアップ回路や、プルダウン回路を接続します。

スケッチです。

// 大域変数宣言
int val = 0;    // タクトスイッチ状態用 

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin( 9600 );     // シリアルポートを初期化（9600 bpsで通信）
  // タクトスイッチ入力ピン設定（内蔵するプルアップ仕様）
  pinMode( 8, INPUT );
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // タクトスイッチ情報取得
  val  = digitalRead( 8 );  // データ取得
  Serial.println( val );  // シリアルモニタに表示 
  
  delay(200);            // 200ms停止
}

Arduino に書き込んで実行してみます。

シリアルモニターには、
タクトスイッチが押されていない時は、1 「HIGH」、
タクトスイッチが押されると、0 「LOW」、
が表示されます。

また、こんな方法も。
Arduino Uno は、デジタル端子に、プルアップ機能が
搭載されています。これを、プログラムで有効化することで、
プルアップ用の抵抗を接続する必要がなく、
タクトスイッチだけを接続すれば利用できます。

内蔵するプルアップを使用する場合、
　pinMode( )関数で、
　pinMode( ピン番号, INPUT_PULLUP )
と設定します。
今回は、
　pinMode( 8, INPUT_PULLUP );
と設定することになります。

では、試してみます。
回路は図の通りです。

スケッチです。

// 大域変数宣言
int val = 0;    // タクトスイッチ状態用 

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin( 9600 );     // シリアルポートを初期化（9600 bpsで通信）
  // タクトスイッチ入力ピン設定（内蔵するプルアップ仕様）
  pinMode( 8, INPUT_PULLUP );
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // タクトスイッチ情報取得
  val  = digitalRead( 8 );  // データ取得
  Serial.println( val );  // シリアルモニタに表示 
  
  delay(200);            // 200ms停止
}

Arduino に書き込んで実行してみます。

続いて、タクトスイッチを押すと、サーボが動作する
スケッチを考えてみます。

条件は、タクトスイッチを押すと、
0度から180度まで30度刻みで動作させます。
180度まで動作したら0度へ戻し、
また同じ動作を繰り返すものとします。
動きは、前のスケッチと同じですが、
動作のタイミング（イベント）がタクトスイッチとなります。

タクトスイッチを押すと、サーボが動作するスケッチをします。

回路は図の通りです。

スケッチです。

// インクルード宣言（Servoライブラリ利用宣言）
#include <Servo.h>

// オブジェクト生成
Servo servo;

// 大域変数宣言
int val = 0;    // タクトスイッチ状態用 
int angle = 0;  // サーボ角度情報格納用

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode( 8, INPUT );    // タクトスイッチ入力ピン設定

  // サーボモーター回転信号( PWM ）出力ピン設定
  servo.attach( 5 ); 
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  // タクトスイッチ情報取得
  val  = digitalRead( 8 );  // データ取得

  // タクトスイッチが押されていれば30度進める
  if ( val == LOW ){
    angle += 30;
    if( angle > 180 ){  // 180度位置以上で0度へ戻す
      angle = 0;
    }
    servo.write( angle );   // 指定角度を出力
  }  
  
  delay(200);            // 200ms停止
}

Arduino に書き込んで実行してみます。