#6 モータを動かそう【もっと!後輩たちのためのEV3rt講座】

目次

章	タイトル	内容
1	はじめに	今回やることの説明
2	モータの設定	モータの設定方法について説明
3	モータを動かす系の関数	モータを動かす系の関数を紹介
4	回転角度に関わる関数	回転角度に関わる関数を紹介
5	モータ情報取得系関数	モータ情報取得系関数を紹介
6	まとめ	今回のまとめ

1. はじめに

前回まで2回に渡り、EV3rtでのプログラム開発に必要なC言語の文法を一通りおさえていきました。
今回からはいよいよ、ロボットを動かす関数(API)等を紹介していきます。

今回は、モータ系のAPIを紹介します。
モータ系のAPIの説明は以下のページに書かれています。本記事はそれをかみ砕いて、EV3ソフトでの例も交えながら紹介していきます。

EV3RT C API Reference / サーボモータ

2. モータの設定

モータを動かす前に、「どのポート」に「どのモータ」が接続されているかを設定する必要があります。
まずはこの方法から説明していきます。

EV3のモータポートについて

EV3インテリジェントブロックのモータ用のポートは、A~Dまでの4つがあります。

EV3rtには、これら4つのポートを指定するための定数が定義されています。

typedef enum {
    EV3_PORT_A = 0,
    EV3_PORT_B = 1,
    EV3_PORT_C = 2,
    EV3_PORT_D = 3,
    TNUM_MOTOR_PORT = 4
} motor_port_t;

ポート	定数	値
A	EV3_PORT_A	0
B	EV3_PORT_B	1
C	EV3_PORT_C	2
D	EV3_PORT_D	3

上記の定数は「列挙型」というデータ型で定義されています。
が、細かいことは気にせず、ポートAを使用したければEV3_PORT_Aと書けばOKです。

モータの種類について

EV3のモータは「Lモータ」と「Mモータ」の2種類があります。

こちらも、モータの種類を指定する定数が定義されています。

typedef enum {
    NONE_MOTOR = 0,
    MEDIUM_MOTOR,
    LARGE_MOTOR,
    UNREGULATED_MOTOR,
    TNUM_MOTOR_TYPE
} motor_type_t;

モータタイプ	定数	値
未接続	NONE_MOTOR	0
Mモータ	MEDIUM_MOTOR	1
Lモータ	LARGE_MOTOR	2
未調整のモータ	UNREGULATED_MOTOR	3

こちらも「列挙型」により定義されていますが、Mモータを使用するときはMEDIUM_MOTORと、Lモータを使用するときはLARGE_MOTORと書けばOKです。

モータの接続設定関数

では本題のモータを設定する関数についてです。
モータ設定関数は以下のように定義されています。

ER ev3_motor_config(motor_port_t port, motor_type_t type);

まず、関数の名前はev3_motor_configです。
引数として、 「ポート」 と 「モータタイプ」 の2つを指定します。

戻り値のデータ型は「ER」と書かれていますが、これはエラーコードを返すものです。
(実際のロボットプログラムではほぼ使用しないかと思います。以降、ER型の戻り値の説明は省略させて頂きます。必要であればご自身でAPIを確認してください。)

実際に使用するときは、以下のように記述します。

Ex 1. Lモータ2つをポートAとDに接続するとき

void main_task(intptr_t unused)
{
  ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
  ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);
}

Ex 2. Mモータ1つをポートBに接続するとき

void main_task(intptr_t unused)
{
  ev3_motor_config(EV3_PORT_B, MEDIUM_MOTOR);
}

この設定を行っておかないとモータが動きませんので、main_taskが始まったらすぐに実行するよう心がけましょう。

3. モータを動かす系の関数

では、実際にモータの動作に関わる関数を紹介していきます。

モータON 関数

まずは、モータをONする関数を紹介します。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

ER ev3_motor_set_power(motor_port_t port, int power);

関数名はev3_motor_set_powerで、その名の通りモータパワーを設定する関数です。
引数として 「ポート」 と 「パワー」(整数値) を指定します。

使い方の例は次のOFF関数を紹介してから示します。

モータOFF 関数

モータをONする関数と対を成す存在として、モータをOFFする関数があります。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

ER ev3_motor_stop(motor_port_t port, bool_t brake);

関数名はev3_motor_stopで、モータの回転を止める関数です。
引数として 「ポート」 と 「ブレーキの有無」 を指定します。

EV3ソフトで表すところの☑「ブレーキ」を使いたい場合はtrueを、X「惰性運転」を使いたい場合はfalseを指定します。

では、以下のEV3ソフトでのプログラムブロックを、EV3rtにて表現してみます。

Ex 3. モータをパワー50%でONし、1秒待機して、モータをOFFする

void main_task(intptr_t unused)
{
  ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
  ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

  ev3_motor_set_power(EV3_PORT_A, 50);
  tslp_tsk(1*1000*1000);
  ev3_motor_stop(EV3_PORT_A, true);
}

どちらの関数もモータを動かすときの基本となるので、マスターしておきましょう。

指定した角度だけ回転する関数

次に、指定した角度だけモータが回転する関数を紹介します。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

ER ev3_motor_rotate(motor_port_t port, int degrees, uint32_t speed_abs, bool_t blocking);

関数名はev3_motor_rotateで、その名の通りモータパワーを設定する関数です。
引数として 「ポート」 、 「回転角度」(整数値) 、「スピード」(正の整数値) 、 「回転完了まで待つか」 を指定します。

「スピード」は 0~100 の自然数で指定する必要があります。
回転方向については「回転角度」で指定することになります。

「回転完了まで待つか」という項目ですが、指定した角度の回転が完全に終わるまで、次の関数を実行するのを待つかどうかということです。
待つ場合はtrue、待たない場合はfalseを指定します。

例を交えながら説明してみましょう。

Ex 4. モータAをパワー50%で360度回し、その後にモータDをパワー50%で360度回す

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    ev3_motor_rotate(EV3_PORT_A, 360, 50, true);
    ev3_motor_rotate(EV3_PORT_D, 360, 50, true);
}

この例であれば、モータAが360度(つまり一周)回り切って止まった後に、モータDが回り始めます。

では、次の例はどうでしょうか。

Ex 5. モータAとDをパワー50%で360度回す

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    ev3_motor_rotate(EV3_PORT_A, 360, 50, false);
    ev3_motor_rotate(EV3_PORT_D, 360, 50, true);
}

Ex 4と異なるのは、ポートAのev3_motor_rotateの一番最後の引数をtrueからfalseに変えたところです。
この変更により、ポートAのev3_motor_rotate関数は、モータの回転完了を待たず、次の関数の実行に移ります。
よって、ポートAとポートDのモータが同時に回り、それぞれ360度回ったところで停止します。

上手く活用すれば、ロボットの直進動作に使えそうですね。

2つのモータでステアリング制御する関数

最後に、2つのモータをステアリングで制御する関数を紹介します。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

ER 	ev3_motor_steer(motor_port_t left_motor, motor_port_t right_motor, int power, int turn_ratio);

関数名はev3_motor_steerで、上述のとおり2つのモータをステアリングで制御する関数です。
引数として 「左モータのポート」 、 「右モータのポート」 、 「パワー」(整数値) 、 「ステアリング度合」(整数値) を指定します。

こちらに関しては「パワー」も「ステアリング度合」も-100~100の間の整数で指定します。

Ex 6. モータAとDをパワー50%、ステアリング度合10で3秒回す

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    ev3_motor_steer(EV3_PORT_A, EV3_PORT_D, 50, 10);
    tslp_tsk(3*1000*1000);
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_A, true);
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_D, true);
}

このev3_motor_steer関数を使うときの注意点として、関数自体に回転量を指定する機能がありません。
従って、上記の例のように、秒数待機をした後に、ev3_motor_stop関数で回転を止める必要があります。
感覚的には、「ev3_motor_set_power関数をポート2つ分一気に行えるようにしたもの」といった感じですね。

以上が、モータを動かす系の関数です。

4. 回転角度に関わる関数

EV3モータには「ロータリーエンコーダ」という回転角度を測るセンサが内蔵されています。
これにより回転角度を指定した回転命令などが出来るわけですが、一つのセンサとして値を取得することも出来ます。

回転角度を取得する

まずは、回転角度を取得してみましょう。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

int32_t ev3_motor_get_counts(motor_port_t port);

関数名はev3_motor_get_countsで、回転角度を取得する関数です。
引数として 「ポート」 を指定し、戻り値として 「回転角度」 が整数値で返って来ます。

使い方についてですが、例えば先ほど紹介したev3_motor_steer関数を角度で制御しようとすると、以下のように実現できます。

Ex 7. モータAとDをパワー50%、ステアリング度合10で360度回す

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    while(ev3_motor_get_counts(EV3_PORT_A) < 360){
        ev3_motor_steer(EV3_PORT_A, EV3_PORT_D, 50, 10);
    }
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_A, true);
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_D, true);
}

こうすると、「モータAが360度回転するまでループ」になるので、角度制御することができます。

回転角度をリセットする

先ほどから頻りに申している「回転角度」ですが、当然「基準となるポイント」があります。
通常、プログラム実行時に回転角度のリセットがかかるため、そこからの角度ということになりますが、任意のタイミングでリセットをしたい時もあるでしょう。

その時は次のコマンドでリセットすることが出来ます。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

ER ev3_motor_reset_counts(motor_port_t port);

関数名はev3_motor_reset_countsで、回転角度をリセットする関数です。
引数として 「ポート」 を指定します。

使い方の例として、先ほどのEx 7にリセット関数を書き足してみたいと思います。

Ex 7-1. モータAとDをパワー50%、ステアリング度合10で360度回す

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    ev3_motor_reset_counts(EV3_PORT_A);

    while(ev3_motor_get_counts(EV3_PORT_A) < 360){
        ev3_motor_steer(EV3_PORT_A, EV3_PORT_D, 50, 10);
    }
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_A, true);
    ev3_motor_stop(EV3_PORT_D, true);
}

角度制御をする場合は、回転角度をリセットして基準点を設定する必要があるため、この方法を使えるようにしておきましょう。

5. モータ情報取得系関数

最後に、モータの情報を取得する関数を2つ紹介します。

モータパワーを取得する関数

現在出力されているモータパワーを取得する関数です。
EV3ソフトではこの👇ブロックにあたります。

int ev3_motor_get_power(motor_port_t port);

関数名はev3_motor_get_powerで、出力パワー値を返す関数です。
引数として 「ポート」 を指定すると、 「出力パワー値」 が戻り値として返ってきます。

ポイントとしては、「設定したパワー値」ではなく、「実際に出力されているパワー値」であるところです。

サンプルプログラムを作成してみましたので、是非実際に動かして確認してみてください。
(尚、まだ紹介していない関数等が含まれていますが、今は気にせず実行してみましょう。いずれも今後紹介予定です。)

Ex 8. モータAの実際のパワー値を確認する

void main_task(intptr_t unused)
{
    //プログラムをここから書く
    ev3_motor_config(EV3_PORT_A, LARGE_MOTOR);
    ev3_motor_config(EV3_PORT_D, LARGE_MOTOR);

    ev3_lcd_set_font(EV3_FONT_MEDIUM);
    char str[8];

    ev3_motor_set_power(EV3_PORT_A, 50);
    while(1){
        sprintf(str, "%d", ev3_motor_get_power(EV3_PORT_A));
        ev3_lcd_draw_string(str, 0, 0);
    }
}

モータタイプを取得する関数

以下の関数は、ev3_motor_config関数により設定したポートに対するモータタイプを取得します。

ER_UINT ev3_motor_get_type(motor_port_t port);

使い方としては、以下のように引数に「ポート」を指定すると、戻り値としてモータタイプが返ってきます。

ev3_motor_get_type(EV3_PORT_A);

しかし、ev3_motor_config関数により設定した情報、つまり既に自分が知っている情報なので、あまり使いどころは無いかと感じます。
(内部処理で使用されているようです。)

6. まとめ

今回はEV3のモータに関わる関数を一通り紹介しました。
ロボット開発には必要不可欠なモータを扱う関数ですので、是非マスターしましょう。

次回は、カラーセンサの使い方を紹介したいと思います。

前回: #5 C言語のキホン➁
次回: #7 カラーセンサを使おう