はじめに

　浅草ギ研では、マイクロソフトのWindowsアプリ開発環境を使って浅草ギ研製品を動かす方法をいろいろと紹介していますが、ここでは「ＡＧＢ６５−ＳＡＣ（Small Actuator Controller）」を使ってモータなどのアクチュエータをいろいろと駆動してみます。Windowsの開発環境は．Ｎｅｔ Fream Works 2005からは特定の言語だけなら無償で入手できるようになりました。また、ＰＣ−ロボット間の通信でよく使われるシリアルポートを駆動する、ＳｅｒｉａｌＰｏｒｔコンポーネントも標準装備になっており、比較的簡単にＡＧＢ６５シリーズを動かすことができます。

　ここでは VisualC#2005（以下VC#）を使って、サンプルプログラムを作ってみますが、Ｃ＃以外の言語でも基本的な考え方は同じですのでこのページを参考にしてください。

　VC#2005のインストールについてはこちらを参照願います。

　VC#2005でシリアル通信をする方法、シリアル通信、RS232Cについてはこちらを参照願います。


　※このページで紹介する内容はあくまでも一例です。個別の作成のご相談ご質問はお答えできませんのでご了承下さい。このページと同じ内容についてのご質問についてはロボット掲示板にてお願いいたします。

　※ここではビギナー向けに解説していますが、このページは、プログラミング技術の向上を狙っておりません。ＶＣ＃に関する質問はご遠慮下さい。（他所で良いページがたくさんありますのでインターネットで調べてください。もしくは本を買って勉強してください。プログラム本は高いですが、図書館に申請すると無料で読めます。ついでにギ研の本も申請してもらえたら幸いです。）

　今回使用するＡＧＢ６５−ＳＡCは１つのボードに正転／逆転用のモータポートが４チャンネルあり、４つまでのＤＣモータ（及び、電流を流して駆動するアクチュエータ）又は２つまでのステッピングモータを駆動することができます。

　小型アクチュエータ　AGB65-SACの詳細はこちらを参照願います。＜−このページは必ず参照してください。
　 （以後、このページをSACのページといいます）

　ＰＣとマイコンのシリアル通信の電圧は違いますが、ＡＧＢ６５シリーズは標準ではマイコンと接続するようになっておりますのでこれを変換する必要があります。変換にはＡＧＢ６５−２３２Ｃというオプションボードが用意されております。

　

　ＣＯＭポートが無いノートＰＣなどは、ＵＳＢシリアルアダプタを使用することになります。市販の簡易的なＵＳＢシリアルアダプタの場合は正常に通信できないものがありますのでご注意ください。浅草ギ研で販売しているものは動作確認済みです。

　まずはAGB65-２３２Cを経由してPCのCOMポートへつなぎます。詳しい接続についてはSACのページを参照してください。COMポートが無いノートPCなどを使う場合は、市販のUSB-シリアルアダプタを使用してください。
　　
　後で実験しやすいように1L,1H,2L,2H,3L,3H,4L,4H,G1-4端子にはピンヘッダを付けています。
　この基板ですが、裏面にモータドライバICが２個付いています。この部分を机などに接触したまま、アクチュエータ用の電源コネクタを抜き差ししたりすると、大きな力が加わってICが壊れますので、使用するにあたってはスペーサなどを取り付けた上で行ってください。基板の取り付けはM2ネジを想定しています。例えば１．５ｍｍ厚のアルミ板にネジ止めする場合は、２ｍｍ系５ｍｍ長スペーサとM2L8ネジが最適です。WILCOあたりで購入できます。
　ここではまだモータなどは付けていません。それぞれのアクチュエータの接続実験はこのページ下で行います。
　
モジュールは内部５Vで動いており、６V以上（１５Vまで）の電源が必要です。添付されている電源ケーブルは９V乾電池用のスナップがついてます。供給する電源はできるだけ６Vに近い電圧の方がロスが少ないのでできるだけ低くしましょう。あまり高い電圧を入れると、電圧差が熱となり、裏面の電源ICが非常に熱くなるので注意して下さい。

プログラミング中はずっと通電することもあるかと思いますので乾電池を使いたくない場合はケーブルを加工して外部電源化するのもよいでしょう。今回は１Aまで出力できる９VのACアダプタが手元にありましたのでそれを使いました。ＡＣジャックと、ADCに添付されている９Ｖ乾電池用のケーブルを切ってハンダ付けしたのが下の右の写真です。
　　

＜実行ファイルのみ＞

■Release.lzh
（右クリックで対象を保存）

＊解凍して、フォルダの中の SacTest1.exe を実行してください。


＜全ファイル＞

■SacTest1.lzh
（右クリックで対象を保存）

＊解凍して、Ｃ＃からプロジェクトファイル SacTest1.sln を開いてください。


とりあえず、実行してみた結果が下のようになります。命令の送信プログラムはほぼ全部同じですので、全命令分を一気に作ってしまいました。



モータなどのアクチュエータも、アクチュエータ用電源もまだつながっていませんが、セルフチェックぐらいは動きます。上はセルフチェック命令ボタンを押して、返信結果がリッチテキストボックスに表示されたところです。（画面右上の方）

ついでに、STM状態ボタンを押したところ、

ホビーで一番使われていると思われるDCモータ、マブチモータを動かしてみます。マブチモータは浅草ギ研では販売していませんので、ツクモロボット王国に買いにいきました。SACは２〜８．４Vのアクチュエータが対象になりますが、店長にお聞きしたところ、低電圧では

FA-130
RE-140
RE-260
RE-280

が３V動作ということで、これらを購入しました。
マブチモータはコイル抵抗が非常に低いので、SACに直結すると大きな電流が流れてSACが壊れます。実際にテストしてみたところ壊れましたので１００％壊れます。よって電流を制限するために、モータの両端に１オーム２W以上の酸化皮膜抵抗を取り付けてください。電子回路でよく使う１／４や１／８Wカーボン抵抗を使うと、抵抗器が非常に熱くなり、長時間動かすと抵抗が燃えたり破裂したりしますので、かならず２W以上のものを使用してください。

　　


片方側だけに２オームの抵抗を入れても動きますが、正転と逆転で差が出ますので、両端に１オーム（以上）を入れた方が安定動作します。尚、抵抗が大きすぎると回転が遅くなるので注意して下さい。

実際に、モータに抵抗を取り付けたのが下の写真になります。実験中にショートすると怖いので、端子が出ている部分は絶縁テープを巻いています。この後にはステッピングモータなどをつないでみますので、取り外しできるようにコネクタも付けてみました。浅草ギ研で販売している２５５０コネクタをつけていますが、２．５４ｍｍピッチであればなんでも良いかと思います。



モータ用電源ですが、今回はNiMH（ニッケル水素）バッテリを使ってみました。RE260などのマブチの低電圧モータは３V推奨で、１．５V〜３Vが動作電圧となっています。NiMHは１本で１．２Vなので２本で２．４Vでちょうど良い。




全部つないでみたところが下の写真になります。ちょうど４種類のモータを買ったので、４ｃｈ全てにつなげてみました。




では早速、ON/OFFで実行してみます。ｃｈ１は＃１側が正転、＃２側が逆転となりますので、＃１だけONにすると正転します。同じように４ｃｈ全て正転するには次のように設定してボタンを押します。


送信部分のプログラムです。最後に設定値を入れます。設定値はｂｉｔ０が＃１、ｂｉｔ１が＃２．．．と対応し、ビットを１にするとＯＮ，０にするとＯＦＦになります。よって、各ビットの重みを足せば設定値になります。それがｉｆ文のところです。
命令の詳細はＳＡＣのページに書いてあります。

実際に命令を送信したところ、全てのモータが勢いよく正転しました。この時、各モータに流れた電流は２００〜５００ｍＡぐらいでした。軸を固定してストールさせてみたところ各１Ａぐらい流れましたが、短時間（３秒とか）ならば問題ない様子でした。長時間は怖いので試してません。
ちなみに、規定の３Ｖを超えて５Ｖぐらいで回してみたところ、さらに早く回転しましたが、ドライバＩＣや抵抗の発熱が大きくなりました。短時間なら５Ｖでも大丈夫そうです（マブチモータの仕様は超えてますので責任は負いません）。
命令０を実行すると全て止まりました。


次にＰＷＭも実験してみました。
ｃｈ１を５０％で正転する場合は次のようになります。画面ではｃｈとなってますがこれはＮｏの間違いですね。ｃｈ２を正転するにはＮｏ３、ｃｈ３を正転するにはＮｏ５，ｃｈ４を正転するにはＮｏ７を指定します。詳しくはＳＡＣのページを見てください。


送信部分です。単に値を送信しているだけ。簡単です。

実行したところ、先ほどとは明らかに遅い速度でｃｈ１がまわりました。


全ｃｈをＰＷＭ駆動してみました。全部正転で、ｃｈ１が２０％、ｃｈ２が４０％、ｃｈ３が６０％、ｃｈ４が１００％（フラット）になります。ＰＷＭ波形についてはＳＡＣのページを参照してください。


同じく値を送っているだけ。

実行したところ、ｃｈ１は高周波音がするだけで回転しませんでした。２．４Ｖで２０％程度の出力だとマブチモータは回らないようです。
＃７を１０１（％）としてますが、１００よりも大きな値にするとパルスは発生せずに、ＯＮがフラットな状態で出力されます。但し、１００％にしても１０１％（もしくはそれ以上の値）にしても違いはまったくわかりません。一瞬でもＬＯＷになってはいけないようなアクチュエータの場合は１０１以上を設定するとよいでしょう（それがどういうものがはわかりませんが）。

パルス周期ですが、命令２０で周期を変えられますが、小型のＤＣモータぐらいでしたら初期設定（１ｍＳ周期）で特に問題ないようです。周期を長くしたりするとギコちない動きになることが予想されますので特に設定は変えない方が良いでしょう。命令２０は念のために付けた程度のものです。
尚、ステッピングモータを駆動するときには自動的にさらに周期を短くして、問題が起きないような設計になっています。

ＳＡＣは小型のアクチュエータを動かす用途で設計されていますので、小型のアクチュエータも販売しています。その中の一つが電磁石サーボＡＡ−ＰＴ０１です。

AA-PT01


AA-PT01はコイルの中の動作軸に磁石を取り付けたもので、電流の方向により左右に動きます。
非常に小さいものなのでトルクはありませんが、軽いものならば動かせますので、ロボットの装飾などに最適かと思います（耳を動かしたりとか。紙とか発泡スチロールなどで作れば動かせます）。最近では外装もあるロボットが増え、人間とのインターフェイスに表情なども効くと思いますのでこれから流行ればよいと思ってます。
コイルから出たエナメル線には１ｍｍピッチのピンヘッダが付いています。SACと接続するには２．５４ｍｍピッチにする必要があるので、手元にあったケーブルと２５５０コネクタ（浅草ギ研で販売）を使ってコネクタを付けてみたのが下の写真です。



AA-PT01は、電流が流れていない時は動作軸がフリーになりますが、添付の磁石を付けると、電流が流れていない時に中心位置付近に止めておくことができます。下の写真のコイル右についている小さい銀色のツブがその磁石です。取り付け位置によって止まる位置が若干変わります。下の写真では、中心位置にしようと思いましたが磁石を少し上の方につけてしまい、軸が少し右に流れています。通電していない時にこの状態になります。



では早速駆動してみましょう。単純に右左に動かすには、コイルから出ている２本の線の片方をON/OFFすればよいので命令１を実行してみました。ちなみに、下の写真ではSACのｃｈ１（の１Lと１H)につないでいます。＃１をONにしたところ、左にふれました。




＃２をONにすると逆になります。

AA-PT01は両端子をPWM制御することで、位置制御も可能です。SACは各端子から任意のPWM波形が出せますので、これで制御してみました。
まず、＃１を１００％、＃２を０％、つまり上でやった＃１だけONと同じ状態にしみますと、同じく左いっぱいに振れました。



＃２のデューティーを上げると、止まる位置が右の方へ変化していきます。以下同じ。









両方１００％、つまり均衡しているので中心位置（付近？）になりました。



今度は逆に＃１を減らしていくとさらに右になります。

適正負荷”で回転しているときが４ｇｆｃｍとなっています。（ただし、回転速度はステッピングモータの方がかなり遅い。用途が違うので参考まで。）

ＳＴＭ１５にコネクタを付けてみました。ＤＣモータやＰＴ０１のときと同じように２．５４ｍｍピッチコネクタです。
赤と灰がＡ相側、黄と黒がＢ相側になりますので２こづつ。バイポーラなので線は４本しかつながなくて良いです。
ステッピングモータの駆動についてはＳＡＣのページで詳しく説明しています。



ＳＡＣにつないだところが下の写真になります。ＳＴＭ１５は５Ｖ駆動なので、今まで使っていたＮｉＭＨバッテリを外して、テスト用の５Ｖ電源をつなぎました。

赤：１L
灰：１H
黄：２L
黒：２H
につなぎます。端子とコイルの相の関係はSTM15のページにあります。

とりあえず、片方（Ach)しかつないでいないので、命令９５と命令１０５を実行してみます。
加速設定がわからなかったので、とりあえず開始速度を１００ＰＰＳ、加速ステップ数を２０と少し少なめにして「開始速度が普通で急に最高速度になる」というような設定にしたところ、上限速度は５００ＰＰＳぐらいでした。下の写真では１０００ステップ回転させています。ＳＴＭ１５はステップ角が１８度なので２０ステップで１回転します。ということは１０００ステップを実行すると５０回転回るということです。

実行してみたところ、速すぎて５０回回ったかはわかりませんでしたが、毎回同じ位置に止まるので、きちんと指定通りのステップ数を回転していたことがわかります。
−＞止まる位置が同じ


上限速度をいろいろと変えてみましたが、この加速設定ですと最高速を６００ＰＰＳにすると脱調しました。

−＞止まる位置が毎回違う


今度は加速を調整して開始＝５０ＰＰＳ、加速ステップ数５００と「始めはゆっくり、加速も長い時間をかけて徐々に上げる」という設定にしてみました。今度は最高速が１０００ＰＰＳぐらいでも脱調しませんでした。

この設定ですと、開始速度が遅いのと加速時間が長いので加減速の様子が見た目でわかります。
ちなみに、この設定で速度を１０００以上にすると、たとえば１１００PPSに設定すると１１００PPSと思われる時にはブルブルしてるだけで動きませんでした。
また、電圧を低くしてみると、１００PPSぐらいでも脱調子すことがありました。

ということは、電源電圧を５V以上にすると最高速度も変わるような気もしますが、怖いので実験してません。

１分間ぐらい回していたところ、STM１５がかなり熱くなりました。コイル抵抗が低いのと、ほぼむき出しの構造なので熱が出やすいようです。実際に駆動するときには、動作終了毎に命令０を発行して電流を切った方が良いでしょう。
ステッピングモータは停止しているときもその位置を保持するために電流が流れていますので、注意しましょう。

プログラム部分ですが、いままでと同じように値をセットしてＳｅｒｉａｌＰｏｒｔコンポーネントで送信しているだけです。
速度や加速ステップ数は２バイトで表しますので、テキストボックスの値を２バイトに分割しています。送信はバイト単位なので、変数はバイトサイズに変換しています。


受信部分は下のようになっています。
以下、説明がよくわからない方は飛ばして下さい。私もよくわかってません。
命令２００のステッピングモータの状態を判定するコマンドを送ると、ＳＡＣ側からデータが返信されます。SerialPortコンポーネントにはDataReceivedイベントがあり、受信毎にこのイベントが発生します。
ソース内のコメントで詳しく説明していますが、SerialPortのイベントは、フォームとは別のスレッドで動きます。よって受信イベントが発生すると別スレッドが立ち上がります。VC#2005というか.NetFreamWorksVer2.0からは、スレッドセーフのプログラミングが厳密になってきたようで、別スレッドに直接アクセスしようとすると（デバックモードでは）エラーになります。
ということで、あらかじめ表示させるコンポーネントなどにメソッドを追加しておいてInvokeを使って間接的にアクセスしてます。ということでココには表示してませんが、この他に１）RitchTextBoxを継承してメソッドを追加したクラスを作り ２）デリゲートを記述する、ことが必要になります。


ということで、動作中に命令２００を実行したところ下のようにリッチテキストボックスに表示されました。

最後のバイトが状態を表しますが　１：ｃｈAが回転中　という結果で、きちんと状態が読めています。
回転が止まった後にもう一度実行すると最後が０、つまり停止中となりました。


STM15はステップ角が１８度とかなり大きいですが、逆に言うと同じステップ数であれば回転速度が速いということになります。実際に回してみたところ、一般的に入手できる３０ｍｍ径ぐらいのハイブリッドステッピングモータに比べると回転速度が明らかに速いです。ということで、車輪をつけてちょこまかと動くようなロボットに使えるのではないかとおもっています。
マイクロマウスも小さい迷路ができるようですのでこれを機にマイクロマウスにはしるというのもよいかもしれません。

つないでみたところ。

−ｃｈＡ側−
１L：黒
１H：茶
２Ｌ：黄
２Ｈ：橙
−ｃｈＡ側−
３L：黒
３H：茶
４Ｌ：黄
５Ｈ：橙

という接続になります。青と赤はそれぞれ空いているＧ１〜Ｇ４につないで下さい。

今度は命令９０、命令１００を使って両方同時に回転させてみました。SACはSTM設定をしないとSTM駆動ができませんので必ず命令９０を一度実行しましょう。その後は設定を変えるまで（命令９５を実行するまで）何度でも命令１００を実行できます。
KH39FM2-801はマイクロステップも使えますのでいろいろ試してみました。下のように４００ステップを進めると、このモータは１ステップが１．８度なのでマイクロステップだと１．８ｘ４００／４＝１８０度回ります。２相励起だと１．８ｘ４００＝７２０度で２回転、ハーフステップだと１．８ｘ４００／２＝３６０度で１回転となります。


実行したところ問題なく、回りました。
マイクロステップはステップ角度が小さいのでスムーズに回る感じです。但し、同じ加速設定だと２相励起などにくらべると回転速度は遅くなります。

最高速度を試してみたところ、
２相励起：５００ＰＰＳ
ハーフステップ：１０００ＰＰＳ
マイクロステップ：１４００ＰＰＳ
といったところでした。

と思ったら、サーボを良く見たら電源がＤＣ６．３Ｖというのを発見。上はＡＡ−ＰＴ０１の実験の流れで５Ｖで駆動してました。前回の疑問点だった電圧を上げると最高速度が変わるかという点ですが、６Ｖにしてみたところマイクロステップで１７００ＰＰＳまで脱調しませんでした。ということで電圧が高くなれば脱調しづらいということがわかりました。


プログラム部分は、今までと同様です。



この勢いでマイクロマウスを作ってしまおうと思いましたが断念。力尽きました。