Arduinoでサーボモータの制御・使い方を詳しく解説
この記事では、Arduinoでサーボモータを使う方法を解説してきます。サーボモータは、定番のSG90マイクロサーボ使用しますが、他のサーボモータでも基本動作は同じですので、この記事のやり方で動くと思います。ぜひご参考になさってみてください。なお、Arduino互換機のSeeeduino XIAOを使用しました。こちらもお好きなArduinoで構いません。
はじめに
SG90は1つ数百円で買える安めのサーボモータです。大きさは22.2x11.8x31mm、重量わずか9gと軽くて小ぶりなマイクロサーボです。動ける範囲は180°、動作速度は0.12s/60°です。また、トルクは1.8kgf・cmと小さいながらにもしっかり力強いです。動作電圧は3.3V〜6VでPWMで角度を制御します。
なお、サーボモータから伸びているケーブルは端子がメスですので、そのままではブレッドボードに挿せません。そこでピンヘッダーを使ってメスをオスに変換してあげます。
普通のピンヘッダーですと短すぎますので、ピンの長さが15mm以上ある長めのピンヘッダーをオススメします。Amazonですとここらへんが良さそうです。
また、サーボモータの延長ケーブルがあるとロボットづくりなどに便利です。
SG90の詳細はデータシートを御覧ください。
開発環境
開発環境はこちら。
| 項目 | バージョン |
|---|---|
| Arduinoボード | Seeeduino XIAO |
| サーボモータ | SG90 |
| Arduino IDE | 1.8.10 |
| パソコン | macOS Big Sur 11.0.1 |
Arduinoは他のArduinoでも構いません。サーボモータはPWM制御ですので、ほとんどのArduinoで動かせるはずです。
Arduinoとサーボモータの配線
それではArduinoとサーボモータを配線していきましょう。今回はSeeduino XIAOを使いましたが、他のArduino場合はお好きなデジタルピンをご使用ください。
| Arduino | サーボモータ |
|---|---|
| GND | GND |
| D1 | Signal |
| 5V | 5V |
サーボモータの制御信号
サーボモータの制御にはPWM（パルス幅変調）信号を使用します。PMWのパルス幅を0.5ミリ秒から2.4ミリ秒の間で与えることで、サーボモータの角度を0度から180度へと変化させることができます。また、パルスの1周期は20ミリ秒で、周波数で表すと50Hzとなります。
たとえば次のようにプログラミングして、サーボモータを90度の位置に固定してみましょう。
#define SIG_PIN 1 // D1
void setup() {
Serial.begin(115200);
pinMode(SIG_PIN, OUTPUT);
digitalWrite(SIG_PIN, LOW);
delay(2);
}
int duration_H = 1450; // (2.4ms - 0.5ms) / 2 + 0.5ms
int duration_L = 20000 - duration_H; // 20ms - 1.45ms
void loop() {
Serial.println(duration_H);
digitalWrite(SIG_PIN, HIGH);
delayMicroseconds(duration_H);
digitalWrite(SIG_PIN, LOW);
delayMicroseconds(duration_L);
}
90°の角度するためには、 (2.4ms - 0.5ms) / 2 + 0.5msの計算で1.45msの間だけHIGHしてあげればよいことになります。それ以外の 20ms-1.45ms の間はLOWに設定します。しかし、この方法ですといちいち時間を計算しなければならず面倒です。
そこでもっと直感的にわかりやすく操作できるように、Servoライブラリを使用して角度を指定してサーボモータを動かせるようしましょう。ServoライブラリはArduino IDEにデフォルトで付属されているライブラリですので、インストール作業の必要はありません。
Servoライブラリを使ってサーボモータを動かしてみよう！
こちらがServoライブラリを使ったプログラムになります。プログラムでは、2秒おきに0度 → 90度 → 180度 → 90度 → 0度の動作になるように設定してます。
/*
Created by Toshihiko Arai.
https://101010.fun/iot/arduino-servo.html
*/
#include <Servo.h>
#define SIG_PIN 1 // D1 pin
Servo myservo;
void setup() {
int pulse_min = 544; // default 544us
int pulse_max = 2400; // default 2400us
myservo.attach(SIG_PIN, pulse_min, pulse_max);
}
void loop() {
myservo.write(0);
delay(2000);
myservo.write(90);
delay(2000);
myservo.write(180);
delay(2000);
myservo.write(90);
delay(2000);
}
プログラムの解説
プログラムの内容をカンタンに解説します。
attach関数は、PWM信号を出力するピンを指定する関数です。attach(pin, min, max)のような形で指定できます。minは、サーボの角度が0度のときのパルス幅を設定します。maxは、サーボの角度が180度のときのパルス幅を設定します。minのデフォルトは544マイクロ秒で、maxのデフォルトは2400マイクロ秒です。
サーボモータの種類によっては、デフォルトの値だと位置がズレる場合があります。その時は pulse_min pulse_maxを調整してください。
また、minとmaxは省略することが可能で、servo.attach(pin)のような書き方もできます。
最後に、write(角度)で角度を指定してあげればサーボモータを自由に動かせます。
attach関数の詳細はこちら
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