IOT:ラズベリーパイでサーボドライバPCA9685を使ってみる

Keita_Nakamoriです。

前回はサーボモータSG92Rをラズパイに直結して動かしてみました。

今回はサーボモータを１６個同時に動かすことができるサーボドライバPCA9685を使って、SG90とSG92Rを同時に動かしてみようと思います。

 

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動画

基本スペック

  • I2C周波数範囲：24-1526Hz
  • 動作電圧：2.3-5.5V
  • 入出力の許容電圧：5.5V
  • 最大62個のPCA9685が接続できます￥。よって992個のサーボモータを同時に動かせます。

余談：I2Cはアイ スクウエア シーと呼ぶそうです。

ピン

左端のピン

は、上から

  • GND：ラズパイGIPIOのグランドに接続する
  • DE：？？？　どこにも繋げない
  • SCL:シリアル通信のクロック　ラズパイGIPIOのSCL1に繋ぐ
  • SDA：シリアル通信のデータ   ラズパイGPIOのSDA1に繋ぐ
  • VCC：プラス電圧　ラズパイGPIOの+5Vに繋ぐ
  • V+：？？？　どこにも繋げない

下端のピン

はサーボモータを接続します、左から0～１５番が振られてあり合計１６個のサーボモータと接続できます。

上から、

  • PWM：サーボモータのPWM＝オレンジ
  • V+：サーボモータの赤
  • GND：サーボモータの茶

上端のコネクタ

は、電源供給です。

  • 左はV+:ラズパイの5Vに繋ぎます
  • 右はGND：ラズパイのGNDに繋ぎます
  • 今回はラズパイのGPIOに繋ぎましたが、１６個サーボモータを繋げるときは、別途電源を取らなくてはならないと思います。

制御の話

  • PCA9685はPWMで動きます。
  • パルス幅によってサーボモータの回転角が0～180degが決定されます。
    • 例えば 0.5ms幅のとき0deg、1.5ms幅のとき90deg、2.5ms幅のとき180degになったりします。（周波数で変更できます。周波数が高いほうが高速で制御できます。）
  • アナログサーボの周波数範囲は３０～６０Hzのものがほとんどです。
  • 例えば、周波数f=60Hzのとき周期はT=1/f=17ms　です。（早い方がいいので60Hzで考えましょう。）
  • 周期Tの分解能は12bitなので、周期Tを2＾12＝４０９６分割できます。１分割分を１ステップと呼ぶことにしましょう。
  • 周期17msを4096分割できるので、１ステップあたり0.004150390625ms　になります。
  • パルス幅を0.5msにしたければ、ステップは0.5/(17/4096)=120.47058823529412ステップになります。
  • サーボモータ角度をodegにしたいときは0.5msですから、120ステップをONして、残りの(4096-120)をOFFにすれば良いのです。
サーボ回転角度[deg] ONの時間 [ms]  ステップ数
0 0.5 120
60 1.0 240
90 1.5 361
120 2.0 481
180 2.5 602
  • サーボ回転角度を0degから180degにするためには、(602-120)=482ステップになります。
  • 1degあたりのステップ数は　482ステップ/180deg　=　2.7 (step/deg)
  • なので任意のサーボ回転角度θでステップ数Nsを表現すると、Ns=120+2.7θ ということになります。

モジュール　Adafruit_PCA9685

pip3 install Adafruit_PCA9685　したところ拒否されました。

pipのバージョンを上げて再チャレンジします。

pip3 install –upgrade pip3 と書いたところ pip3でなくてpipで書けみたいなことを言われました。

pip install –upgrade pip　と書いたところ許可がないといっております。

なので、スーパーDOしてみます。

sudo pip install –upgrade pip　これでOKでした

Successfully uninstalled pip-19.0.3
Successfully installed pip-19.1.1

そして再度チャレンジ

pip3 install Adafruit_PCA9685　　[Errno 13] 許可がありません

なるほど読めました。やはり須藤ですね。

sudo pip3 install Adafruit_PCA9685

Successfully installed Adafruit-GPIO-1.0.3 Adafruit-PCA9685-1.0.1 adafruit-pureio-0.2.3

これでやっとAdafruit_PCA9685モジュールがインストールできました。

pip freezeすると

Adafruit-GPIO==1.0.3
Adafruit-PCA9685==1.0.1
Adafruit-PureIO==0.2.3

が入っていました。注意点として、importするときはAdafruitの後ろにはハイフンではなくアンダースコアになります。

スクリプト

余談

ラズパイの操作はWindowsマシンからrealVNC Viewerでリモートしているのですが、ラズパイ側のidleに書いたスクリプトをcnt+c しても　Windows側にcnt+v　できません。

コツがありまして、ラズパイ側のText Editorに一旦貼り付けた後に、それをcnt+cしてから、Windows側にcnt+v　すると、しっかりと貼り付けられます。

どうぞお試しあれ。