2025年10月27日
再挑戦：鍵のモーター制御(2)
前回、ステッピングモーターを紹介しました。
今回ははじめに、組み立てに関して。
主に後半では、ステッピングモーターの制御プログラムについてレポートいたします。
まずは、組み立てに関してです。
今回利用するステッピングモーターは４相式なので、マイコンボードから４本の線を引き出します。
ドライバーボード（制御モジュール）に前述のバス（４本の線）と回路用電源、乾電池のボックスを接続します。
最後に、ドライバーボード、モーター、踏切板を接続します。
ブロックの踏切板は、強度がまったく足りないため、実用化するには金属製の頑丈なバーなどにすることを強くお勧めします。
ドライバーボードには２種類の電源を利用することを書きました。
これは、ドライバーボードやマイコンボードを過剰電力から保護するためです。
モーターにはトルクと呼ばれる力がかかります。
その電力は、マイコンボードから見れば過剰な電力となり、回路内に過電流が流れて損壊の危険性が高まります。
よって、モーター駆動の電源を別に準備するのが定石です。
続いて、コーディングです。
３パターンの励磁方式はスケッチ（プログラミング）の書き換えで、いずれも利用することができます。
励磁方式は各ポートへの入力信号のパターンを変更するだけです。
一番簡単な１励磁方式は各ポートに順番にパルス信号を送るだけです。
スケッチでは、２次元配列に時系列に沿ったシグナルを定義しておきます。
そして、アクション等に合せて、２次元配列の該当列のデータからモーターにシグナルを送ります。
参考として、各励磁方式の配列のスケッチを掲載します。
| //1相励磁方式 | |||||||||
| pat1 | [ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat1 | [ | 0 | ][ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat1 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ][ | 0 | ] |
| pat1 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ] |
| //2相励磁方式 | |||||||||
| pat2 | [ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ] |
| pat2/td> | [ | 1 | ][ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat2 | [ | 0 | ][ | 1 | ][ | 1 | ][ | 0 | ] |
| pat2 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ][ | 1 | ] |
| //1-2相励磁方式 | |||||||||
| pat12 | [ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ] |
| pat12 | [ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat12 | [ | 1 | ][ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat12 | [ | 0 | ][ | 1 | ][ | 0 | ][ | 0 | ] |
| pat12 | [ | 0 | ][ | 1 | ][ | 1 | ][ | 0 | ] |
| pat12 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ][ | 0 | ] |
| pat12 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ][ | 1 | ] |
| pat12 | [ | 0 | ][ | 0 | ][ | 0 | ][ | 1 | ] |
今回は、最も簡単な１励磁方式を採用しました。
続いて、回転角についてです。
ステッピングモーターの仕組みから、モーター内にギア（歯車）が組み込まれています。
32回のステップ（信号）で、内部モーターが１回転します。
内部ギア比は64なので、ステッピングモーターが一回転するのに、2,048ステップが必要となります。
逆算すると、１ステップで約0.175度の回転となります。
ステッピングモーターを90度回転させるのに、512ステップが必要となります。
for文等で回数をカウントすることで実装できます。
DCモーターを利用していた場合、逆回転させるには電源を入れ替える（プラスとマイナス）必要がありました。
ステッピングモーターの場合は、配列の制御シグナルを逆順に送るだけで実装できます。
開発環境であるArduino IDEに、クラス化したライブラリもあるのですが、制御の学習のためにフルスクラッチにて実装しました。
github：Stepper Library for Arduino (外部リンク)
クラスの主な機能として、以下の機能がありました。
・回転速度の設定（スリープ機能を利用しての速度調整）
・ステップ数を指定しての回転。負の値を引数にすることで、逆回転が可能
・初期設定
エラー処理なども施されているので、リリース版では利用するのが良いと思いました。
ステッピングモーターを利用して、踏切棒式のカギの作成ができました。
DCモーターと比較して、以下の点が性能向上しました。
・回転が安定している事
・市販のドライバーボードを利用することで回路の簡略化に成功しました。
反対に性能低下です（さほどではないです）が
・スケッチ（コード）がやや複雑化したこと
・ライブラリの研究に多生の時間がかかったこと
でしょうか。
今回はモーター制御の実験結果を記事にしました。
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