モータ駆動アプリケーション作成（Raspberry Pi 3B + Motor Driver HAT）

Robot

この記事では、「Raspberry Pi 3 MODEL B」と「Motor Driver HAT」を使用して、2つのDCモータを別々に駆動させるアプリケーションをご紹介します。

1. アプリケーション概要

今回作成したアプリケーションの動作確認時の様子を撮影した動画です。

[アプリケーション]
https://github.com/hotsmmr/RwRP/blob/master/notebooks/motor_driver_test.ipynb
本アプリケーションは、左右のDCモータをデューティ比:1[%]～100[%]の範囲で、±1[%]/500[msec]で段階的に変化させるものです。
モータの回転速度は、モータ用電源の容量によって変化します。この記事では9.0[V]の電源（単三乾電池6本）を使用しています。
[ライブラリ]
https://github.com/hotsmmr/RwRP/blob/master/libs/PCA9685.py

ライブラリは「Motor Driver HAT」を製作した「Waveshare」社が提供しているものをそのままダウンロードして使用します。該当ライブラリは再配布可能なライセンスのため、「MIT License」で再配布しています。

「motor_driver_test.ipynb」の各ブロックの解説は次章以降で行います。

このブロックでは、「PCA9685.py」の格納ディレクトリをモジュール検索パスに追加しています。

このブロックを実行しない場合、次ブロックで「PCA9685」をインポートする際に「PCA9685.py」が見つからず参照エラーが発生します。

（「PCA9685.py」を「motor_driver_test.ipynb」と同じディレクトリに配置する場合には、このブロックは不要です。）

このブロックでは、pythonの標準ライブラリ「IntEnum」「sleep」と「Waveshare」社の「PCA9685」をアプリケーションで使用できるようにインポートします。

各ライブラリの用途は以下の通りです。

このブロックでは、モータ種別、並進方向を分類できるように列挙型定数を定義します。

各列挙型定数の定義は以下の通りです。

「MotorName」: 0/モータA、1/モータB
（MotorDriver Hatの配線時のコネクタに印字されている「MA」「MB」が、それぞれ「モータA」「モータB」に対応します）
「RotateDirection」: 0/前転、1/後転
（MotorDriver Hatの配線時のコネクタに印字されている「MA1」から「MA2」に電流が流れる方向が、「前転」に対応します）
（動作確認時にモータが逆回転する場合は、モータの配線を逆にする必要があります）

このブロックでは、ライブラリ「PCA9685」を使用してモータを駆動させるクラス「MotorDriver」を定義します。
クラス内メソッドの概要は以下の通りです。

メソッド名	__init__
メソッド名（和名）	コンストラクタ
処理概要	1. メンバ変数定義、初期化
	2. ライブラリ「PCA9685」の初期設定
入力	なし
出力	なし（レジストリメモリ「0x40」の初期化
特記事項	コンストラクタはクラス「MotorDriver」のインスタンス生成時に呼び出されるメソッドです

メソッド名	MotorRun
メソッド名（和名）	モータ駆動
処理概要	1. モータ駆動（モータ種別、並進方向、デューティ比はユーザが指定）
入力	1. motor: モータ種別（0/モータA、1/モータB）
	2. direction: 並進方向（ 0/前転、1/後転）
	3. duty_ratio: デューティ比（値域[0,100]）
出力	なし（レジストリ「0x40」への書き込み）
特記事項	1.モータ種別、並進方向に{0\|1}以外を与えた場合、エラーメッセージが出力されます
	2. デューティ比に値域[0,100]を与えた場合、エラーメッセージが出力されます

メソッド名	MotorStop
メソッド名（和名）	モータ停止
処理概要	1. モータ停止（モータ種別は使用者が指定）
入力	1. motor: モータ種別（0/モータA、1/モータB）
出力	なし（レジストリ「0x40」への書き込み）
特記事項	モータ種別に{0\|1}以外を与えた場合、エラーメッセージが出力されます