環境

この記事は以下の環境で動いています。

項目	値
CPU	Core i5-8250U
OS	Windows10
Basicmicro Motion Studio	1.0.0.75

項目	値
Board	boroclaw 2x7A
FW Version	4.2.8

概要

移動ロボットの足となる、駆動系部品の組み立てや、モータードライバーであるRoboclawの設定を行います。
ここでは、Pololuのエンコーダー付きギアモーターをRoboclaw経由で駆動することを目標にします。

予備知識

エンコーダー付きモーター

自律ロボットを作成するためにはタイヤを駆動するモーターはエンコーダー付きが必須です。エンコーダーによって正確なタイヤの移動量が分かるために、正確なオドメトリーを計算できます。
また、エンコーダーで正確な回転速度を取得できるために、駆動軸を速度制御することが出来ます。
Pololu 37Dモーターではモーター側（ギアで減速前）は1周64パルスのエンコーダーがついています。今回は70:1のギアを使うので、減速後は1周4480(70x16)パルスのエンコーダーになります。

Roboclaw

モータードライバとモーターコントローラーが一体となった基板です。エンコーダーをフィードバックした速度制御を行えて、USBやRC信号といった多様なIFにも対応しています。USB経由で制御の設定をすることが出来ます。

PowerDistributeBoard

配電盤に当たるもので、以下の機能を持ちま鵜s。

バッテリーの電源を分配する
バッテリーの電圧・電流を計測する
5Vの電圧を生成

色々なボードが販売されてこれのようなものが良く売られていますが、今回はこれを使います。
Pixhawkの裏に貼れるようになっているボードです。

前提条件

以下の機器が必要です。

WindowsPC
USBA-mictoB
Pixhawk
PowerDistributionBoard(Dumperプレート形式)
Roboclaw（モータードライバ）
電源系部品
- Makitaバッテリー
- スイッチ
- フューズ
エンコーダー付きギアモーターx2
- https://www.pololu.com/product/4694
Futaba(以前の記事で設定済み)
駆動配線基板部材

手順

駆動配線上基板の作成

秋月の片面ユニバーサルC基板(4つ穴)で作ります。2つのモーターとXHコネクタの変換基板です。

駆動配線下基板の作成

秋月の片面ユニバーサルD基板(2つ穴)で作ります。Roboclawと接続する基板です。

下基板電源ケーブルの作成

下基板用の電源ケーブルです。

下基板側		電源側
XH2		T型コネクタ
1 VCC		VCC
2 GND		GND

モータードライバ接続ケーブルの作成

上基板側		下基板側
XH6		None
1 M1A		1 M1A
2 M1B		2 M1B
3 VCC		3 VCC
4 GND		4 GND
5 M2B		5 M2B
6 M2A		6 M2A

モーター接続ケーブルの作成

上基板と下基板のモーター配線を接続するものです。4Pあればよいですが、以下のエンコーダーケーブル(Pixhawk)と誤配線を防ぐために5Pにします。

上基板側		下基板側
XH5		XH5
1 M2A		1 M2A
2 M2B		2 M2B
3 M1A		3 M1A
4 M1B		4 M1B
5		5

エンコーダー接続ケーブル(Roboclaw)の作成

上基板側		Roboclaw
XH8		2550_8P
1 EN2B		1 EN2-
2 EN2A		2 EN2+
3 EN1B		3 EN1-
4 EN1A		4 EN1+
5 EN2GND		5 -
6 EN2VCC		6 -
7 EN1GND		7 +
8 EN1VCC		8 +

バッテリーホルダーのケーブル加工

T型コネクタを付け替えます。またケーブルは10cm程度に切ります。

バッテリースイッチケーブルの作成

VCC_in -> SW -> VCC_out
GND_in -> fuse -> GND_OUT

PowerDistributionBoardの配線、取付

入力出力用のケーブル・コネクタを取り付けます

用途	in/out	コネクタ
バッテリー接続	in	T型コネクタ
YDlidar DCDC用	out	T型コネクタ
モータードライバ用	out	T型コネクタ
NUC用	out	DCコネクタ(2.3mm)
Towerモジュール用	out	DCコネクタ(2.1mm)

Pixhawkの裏に強力両面テーブルで貼り付けます。

電源系・駆動系の接続

最終的に以下のような電気的接続になるように、ここまでで作った基板やケーブルを接続する。
Roboclawの配線でモーター1が進行方向左側のモーター、モーター2が進行方向右側のモーターに対応する。

Basicmicro Motion Studioのインストール

WindowsPCにてbasicmicroのWebサイトより「BasicMicro Motion Studio」をダウンロードする。
インストーラーを開き指示に従ってインストールする。

Roboclawとの接続、配線の確認

Basicmicro Motion Studioを起動する。
デバイス接続と接続する。
- 「Attached Device」の中から接続しているものを選ぶ。
- 「Connect Selected Unit」を押す。
左側の「General Settings」メニューを選択する。
- 「Setup」グループの「Control Mode」を「RC」にします（PixhawkからのPWM信号を受けてモーターを駆動する）。
- 「Enable Encoder 1/2 in RC/Analog Mode」にチェックを入れる（チェックなしではRC信号に比例したPWM出力をする。ありでは速度制御をする）。

「PWM Setting」メニューを選択する。
- 左側モーター(M1)の確認
  - ControlグループのMotor1のスライダーを上に上げる。左側モーターが「機体が前進する方向」に回っているか確認する。
    - 軸から見て反時計回り方向
    - 回転方向が逆の場合は「General Settings」面ツーの「Motor」グループでタブで「M1」横の「Reverse」にチェックを入れる
  - この時エンコーダーの値（上部のM1 Speed）が正の値か確認する。
    - 負の値の場合は、「General Settings」メニューの「I/O」グループの「Encoder M1 Mode」の横の「Invert」にチェックを入れる。
    - +1,-1のように微妙に値が振動するだけの場合は、A相とB相のどちらかが断線しているため、配線を確認する
- 右側モーター(M2)でも同様に行う。
  - 「機体が前進する方向」が正の値のため、右側モーターは駆動軸方向から見て時計回りが正であることに注意

メニューバーの「Device」->「Write Settings」を押して設定をROMに書き込む。

速度制御のチューニング

Basicmicro Motion Studioを起動する。
デバイス接続と接続する。
「Velocity Sttings」メニューを選択する。
M1(左側モーター)のチューニング
- モーターが回転しても安全であることを確認して、AutoTuneの「Tune M1」を押す。
  - モーターが自動的に駆動された後に、Motor1の「Velocity P」、「Velocity I」の項目が自動で入力される。
M1(左側モーター)のチューニング結果の確認する。
- グラフビューで設定速度と現在速度をプロットする。ウィンドウ右の「Channels」で「Motor1 Setpoint」、「Motor1 Speed」を割り当てる。グラフの表示範囲から線がはみ出るときは横のScaleボタンを押す。
- Controlグループの「Motor1」のスライダーを動かして、モーターを駆動する。
- グラフビューをみて追従性を確認、場合によってはパラメーターを調整する。今回はM1/M2とも以下の数字に設定した。

項目	設定値	説明
Velocity P	2.2	ほぼチューニングでの値
Velocity I	0.5	ほぼチューニングでの値
Velocity D	0	D制御は使わない
QPPS	8960	最大回転速度、2回転/秒

M2(右側モーター)でも同様の作業を行う

メニューバーの「Device」->「Write Settings」を押して設定をROMに書き込む。

外部信号によるRoboclawの動作確認

Futaba受信機とRoboclawのポートをサーボケーブルで接続する。

Futaba送信機の対応する軸	Futaba受信機のポート	Roboclawのポート
throttle(右スティック上下)	2	1
pitch(左スティック上下)	3	2

Futaba送信機の電源を入れて、左右スティックを上下に動かすと、対応するモーターが駆動する。

参考

ArdupilotでのRoboclawの設定
 Roboclaw AutoTuning

目次ページへのリンク

ROS講座の目次へのリンク
 ROS2講座の目次へのリンク

Rover講座08 Roboclawの設定をする

環境

概要