サーボモーターを動かす

ここからは、データの向きを逆にして、ブラウザからM5Stackにコマンドを送ります。スライダーでアームの関節の角度を指定し、関節ごとにどこまで動かしてよいか（可動範囲）を確かめます。ここで確かめた可動範囲は、ハンズオン④で声からアームを動かすときに使います。

サーボモーターの仕組み

サーボモーターは、指示された角度まで回って、その角度を保つモーターです。ハンズオンで使うマイクロサーボ（SG90など）は、約20ミリ秒ごとに届くパルスの幅で角度を受け取ります。パルス幅が約0.5ミリ秒なら0度、約2.4ミリ秒なら180度で、そのあいだは幅に比例した角度になります¹。

このパルスを作るのが、サーボドライバーに載っているPCA9685です。ブリッジはservo 0 90のようなコマンドを受け取ると、角度をパルス幅に換算し、I2CでPCA9685に書き込みます。以後はPCA9685がパルスを出し続けるので、ブリッジが次のコマンドを送るまでサーボモーターは同じ角度を保ちます。

サンプル

可動範囲を確かめる

アームの関節は、構造上、0度から180度まで回り切れるとは限りません。グリッパーなら、爪が閉じ切った位置より先には進めません。その先の角度を指示すると、サーボモーターは届かない角度に向かって力を出し続け、「ジー」という音を立てて発熱します。この状態が続くと、サーボモーターやアームの部品が壊れることがあります。

そこで、実際に動かしながら、関節ごとに安全に動かせる範囲を記録します。

サーボモーターの電源を入れてから、「接続」を押してM5Stackを選びます。接続すると、両方の関節が初期位置の90度に動きます。
関節1のスライダーを、左右に少しずつ動かします。音が変わったり、それ以上動かなくなったりした角度を見つけたら、そこから5度から10度戻した値を記録します。
値を大きくしたときにアームがどちらを向くかも記録します。
関節2（グリッパー）についても、同じように開き切った角度と閉じ切った角度を記録します。
記録が済んだら「脱力させる」を押します。

関節	最小の角度	最大の角度	値を大きくしたときの動き
関節1（旋回、チャンネル0）			例：左を向く
関節2（グリッパー、チャンネル1）			例：閉じる

「脱力させる」は、ブリッジにreleaseコマンドを送り、PCA9685のパルスを止めます。パルスが止まるとサーボモーターは角度を保たなくなり、手でアームを動かせるようになります。アームを使い終えたときや、サーボモーターから異音がしたときは、脱力させてから原因を調べます。

コードを読む

関節の設定を1か所にまとめる

関節ごとのチャンネルと可動範囲は、script.jsの先頭のJOINTSにまとめています。

const JOINTS = [
  { channel: 0, label: "関節1（旋回）", min: 0, max: 180, home: 90 },
  { channel: 1, label: "関節2（グリッパー）", min: 0, max: 180, home: 90 },
];

スライダーはJOINTSをもとに作っているので、minとmaxを記録した値に書き換えると、スライダーもその範囲でしか動かなくなります。ブリッジの側でも0度から180度の範囲外の値は拒否しますが、アームごとの可動範囲まではブリッジは知りません。アームに合わせた範囲の制限は、ブラウザの側で行います。

送信の回数を減らす

スライダーを動かしている間、inputイベントは1秒間に数十回発生します。しかし、そのたびにコマンドを送っても、サーボモーターの動きは細かくなりません。マイクロサーボが60度回るには0.1秒ほどかかり、数ミリ秒ごとに角度を指示しても、回り切る前に次の指示で上書きされるだけだからです。サンプルでは、50ミリ秒のあいだに変わった値をまとめて、1行のコマンドで送っています。

const pending = new Map();
let timer;

function queueServo(channel, angle) {
  pending.set(channel, angle);
  timer ??= setTimeout(() => {
    sendLine(`servo ${[...pending].flat().join(" ")}`);
    pending.clear();
    timer = undefined;
  }, 50);
}

pendingは、チャンネルをキー、角度を値とするMapです。 50ミリ秒のあいだに同じチャンネルの値が何度変わっても、最後の値だけが残ります。 2つの関節の値が変わっていれば、servo 0 120 1 45のように、複数のチャンネルを1行にまとめて送ります。ブリッジのコマンドを複数チャンネル対応にしてあるのは、この使い方のためです。

試してみよう

JOINTSのminとmaxを、記録した可動範囲に書き換えてみましょう。
「初期位置に戻す」を押したとき、関節が一度に動くのではなく、1度ずつゆっくり戻るようにしてみましょう。
ハンズオン②のサンプルと組み合わせて、M5Stackを傾けた向きにアームを旋回させてみましょう。

0度と180度に対応するパルス幅は、サーボモーターの製品ごとに少しずつ異なります。ブリッジのプログラムではSERVO_MIN_USとSERVO_MAX_USで設定しています。 ↩

Keyboard shortcuts

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