モーターを動かしてみる

準備

前からロボットを持っていってください．
コード（メスーメス）を１人１２本持っていってください．
ロボットについている Arduino Mega を抜いて前に持ってきてください．
電池の電圧が低ければ前に交換しにきてください．

ファイルの送受信

今回用意したディスプレイは小さいので，プログラムを作成する時には mac で作成して，それをラズパイに送ることができれば便利です．ネットワークを介したファイル送信には， scp, sftp などがあります．

scp

scp を使う場合には

scp ファイル名 アカウント名@通信先IPアドレス:

のようにします．例えば，

scp test.py robot@172.19.xxx.xxx:

です．

ファイルをとってくる場合には

scp アカウント名@送信先IPアドレス:ファイル名 .

のようにします．

sftp

sftp コマンドは相手先にログインし，get で接続先からファイルを取得し，put で接続先にファイルを送信します．

sftp アカウント名@IPアドレス

で接続すると

sftp>

のようなプロンプトで sftp のインタフェースが現れますので，ここで，ls とすると開いて接続先のファイルのリストが現れます．lcd とすると自分のコンピュータのファイルのリストが表示されます．cd で移動もできますので，目的のディレクトリに移動します．lcd とすると自分のコンピュータでのディレクトリ移動となります．

目的の場所に来たら，

sftp> put test.py

でファイルを送信できます．ファイルを取得する時には，

sftp> get test.py

とします．その他のコマンドは help コマンドで調べてみてください．終了は bye あるいは Ctrl-D (コントロールキーを押しながらdキーを押す）です．

samba

頻繁にファイルをやり取りする時には，共有ディレクトリでファイルをやり取りできると便利です．ラズパイには samba という Windows のネットワーク機能を実現するソフトウェアをインストールすることができますので，それを利用するとディレクトリを共有することができます．

sambaを有効にするには以下のようにします．

Terminal で以下のコマンドにより，samba をインストールします．

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt install samba

その後，samba の設定ファイルを nano または pico で編集します．

sudo nano /etc/samba/smb.conf

開いたファイルの最終行に以下のように記述します．

[pi]
   comment = robot user file space
   path = /home/robot
   force user = robot
   guest ok = yes
   create mask = 0666
   directory mask = 0777
   read only = no

編集後に，変更を有効化するために Samba を再起動します．

sudo systemctl restart smbd

MacBook Pro で Finder のメニューから「移動」->「サーバーに接続」を選択し，ラズパイのIPアドレスを入力します．

smb://172.19.xxx.xxx

これで，Mac の方でラズパイのフォルダが開けば成功です．

モータードライバー

モーターへの命令信号とモーターを駆動する電力を供給する必要がある．命令信号に応じて，モーターに大きなパワーの電力を供給するのがモータードライバーです．命令信号はラズパイから与えられ，モーターを駆動する電力は電池から供給されます．モータードライバーでは方向を決めて電流が流れるように，Hブリッジという回路が使われています．

参考：マルツ　Hブリッジの説明

今回使用するモータードライバーは OSOYOO Model-X Motor Driver Module です。

このモータードライバーは２種類のモーターを最大４つまで駆動することができます。今回のロボットでは、２つのモーターを動かすモータードライバーが２つ搭載されており、４つの車輪を動かしています。

このモータードライバーには多くの端子がありますが、以下のようになっています。

入力（命令信号）：
- モーター１：IN1, IN2, ENA
- モーター２：IN3, IN4, ENB
入力（電力）：白い端子(12V, GND)
出力（モーター）：
- モーター１：K1, K2
- モーター２：K3, K4


K1, K2	IN1, IN2, ENA の指令で出力されるモーターの端子
K3, K4	IN3, IN4, ENA の指令で出力されるモーターの端子

モータードライバーへの入力を見てみましょう．

ENA	IN1	IN2	K1, K2
0	X	X	STOP
1	0	0	Brake
1	0	1	回転
1	1	0	逆回転
1	1	1	Brake

となっているので、ENA に PWM 信号を、IN1, IN2 にデジタル信号を送ることによって、モーターの回転を制御できます。まとめると


ENA PWM 信号	K1, K2 のモーターの回転速度を制御
ENB PWM 信号	K3, K4 のモーターの観点速度を制御
IN1/IN2	K1, K2 のモーターの回転方向を制御
IN3/IN4	K3, K4 のモーターの回転方向を制御


IN1=1 IN2=0	K1, K2 のモーターを正転
IN1=0 IN2=1	K1, K2 のモーターを逆転
IN3=1 IN4=0	K3, K4 のモーターを正転
IN3=0 IN4=1	K3, K4 のモーターを逆転

のようになっています。

モータードライバーとラズパイの配線

電源コード: 電池ボックスから出ている赤色・黒色の線が，モータードライバーの12V, GND のソケットに接続されていることを確認してください．
モータ指令のコード: そのモータードライバーについて，６本の線が出ている白いプラグで，ENA, IN1, IN2 の線を確認してください．これらの線（黒，紫，緑）をラズパイの GPIO のGNDと PWR以外の場所に接続してください．（GPIO番号はプログラムで使うので覚えておく）

サンプルプログラム

上記の ENA, IN1, IN2 の関係を参考に車輪を動かすプログラムを試してみます．下の例では

IN1 は GPIO6 に接続．デジタル出力．
IN2 は GPIO13 に接続．デジタル出力
ENA は GPIO17 に接続．PWM出力

としています．GPIO の番号は自分の配線した番号に変えてください．

import gpiozero
import time

#####################################
#
#　 IN1 は GPIO6 に接続．デジタル出力．
# 　IN2 は GPIO13 に接続．デジタル出力
# 　ENA は GPIO17 に接続．PWM出力
#
#####################################
in1 = gpiozero.DigitalOutputDevice(pin=6)
in2 = gpiozero.DigitalOutputDevice(pin=13)
ena = gpiozero.PWMOutputDevice(pin=17, frequency=1000)

##################
# 正転
##################
in1.on()
in2.off()
ena.value = 0.5

time.sleep(3) #3秒待つ

##################
# 逆転
##################
in1.off()
in2.on()
ena.value = 0.5

time.sleep(3) #3秒待つ


##################
# 止まる
##################
in1.off()
in2.off()
ena.value = 0.0

time.sleep(3) #3秒待つ

print("bye")

モーターを動かすクラスの作成

それでは１つの車輪を動かすクラスファイルを作成してみましょう．ファイル名は "motor.py" とします．

import gpiozero


class Motor:

    def __init__(self,  pin_1, pin_2, pin_en):

        self.in1 = gpiozero.DigitalOutputDevice(pin=pin_1)
        self.in2 = gpiozero.DigitalOutputDevice(pin=pin_2)
        self.ena = gpiozero.PWMOutputDevice(pin=pin_en, frequency=1000)        

    def forward(self, val):
        self.in1.on()
        self.in2.off()
        self.ena.value = val

    def backward(self, val):
        self.in1.off()
        self.in2.on()
        self.ena.value = val

    def stop(self):
        self.in1.off()
        self.in2.off()
        self.ena.value = 0.0

このように一つの車輪の動作を扱うクラスを作っておくことで，２つのモーターを動かす時には以下のように簡単に記述できます．

from motor import Motor

motor1 = Motor(pin_1=6,  pin_2=13, pin_ena=17)
motor2 = Motor(pin_1=13, pin_2=19, pin_ena=26)

motor1.forward(0.3)
motor2.forward(0.3)

time.sleep(3)

motor1.stop()
motor2.stop()

メカナムホイール

今回扱うロボットはメカナムホイールという変わった車輪を使っています．この車輪を独立に回転させることによって，ロボットは自由に前後左右に移動することができます．

課題：

上記の図を参考にメカナムホイールを前後左右に移動させるクラスを作成してみましょう．

from motor import Motor

class Wheel:

    def __init__(self):
        self.motorFR = Motor(xxxxxxxxxxx) #front right
        self.motorFL = Motor(xxxxxxxxxxx) # front left
        self.motorRR = Motor(xxxxxxxxxxx) # rear right
        self.motorRL = Motor(xxxxxxxxxxx) # rear left


    def forward(self, val):
        xxxxxxxxxxx

    def back(self, val):
        xxxxxxxxxxx

    def stop(self):
        xxxxxxxxxxx

    def rotateR(self, val):
        xxxxxxxxxxx

    def rotateL(self, val):
        xxxxxxxxxxx

    def right(self, val):
        xxxxxxxxxxxx

    def left(self, val):
        xxxxxxxxxxxx

このプログラムができたら，例えば以下のように使えるはずです．

import time
from wheel import Wheel

robot = Wheel()

# 前進
robot.forward(0.6)
time.sleep(1)

# 止まる
robot.stop()
time.sleep(1)

# 右に回転
robot.rotateR(0.3)
time.sleep(1)

# 止まる
robot.stop()

# 終わり
print("byebye")

Keys	Action
`?`	Open this help
`n`	Next page
`p`	Previous page
`s`	Search