micro:bitでサーボモーターを動かそう

 micro:bit(マイクロビット)は手のひらサイズの小さなコンピューター。いろいろな機能
(きのう)

(そな)
わっていて、自分でプログラミングをすることができるよ。ブログラミングは「MakeCode(メイクコード) for micro:bit」を使えば、初心者
(しょしんしゃ)
でもかんたんにできるんだ。

 micro:bitにはセンサーや無線通信
むせんつうしん
などいろいろな機能がついているけど、別のモジュールと組み合わせることで、新しい機能を追加
ついか
できる。探検ウォッチも、「バングルモジュール」と組み合わせて、スピーカーやボタン電池
でんち
が使えるようにしていたよね。

 ここでは、モーターやフルカラーLEDなど、これまで使っていない部品を使いたいので、また別のモジュールと組み合わせる。まずは、探検ウォッチを分解
ぶんかい
して、バングルモジュールを外してしまおう。このとき、バングルモジュールから電池を外すようにしてね。
 今回は「KoKa micro:bit実験・工作キット」に入っている「ベーシックモジュール」と「電池モジュール」をmicro: bitに組み合わせるよ。

KoKa micro:bit実験工作キット
KoKa micro:bit実験・工作キット

1 ベーシックモジュールと電池モジュール

 ベーシックモジュールは、入出力の部品(センサーやモーターなど)をmicro:bitに3つまで接続
せつぞく
できるようにするモジュールだ。micro:bitのままだと接続が大変なので、このモジュールを使う。

 ベーシックモジュールには写真のような端子
たんし
がある。接続端子が色分けされているのは、サーボモーターやセンサーなどのケーブルの色と合わせているからなんだ。

ベーシックモジュール
ベーシックモジュール

 ベーシックモジュールには、この接続端子に対応している部品が接続できる。サーボモーターやLEDテープなどの部品を買い足したいときなどは、スイッチエデュケーションのホームページで接続できるか確認
かくにん
しよう。 

 電池モジュールは、micro:bitに3Vの、ベーシックモジュールに約5Vの電源を供給
きょうきゅう
するために組み合わせる。単4形電池を3個使う電池ホルダーや、スイッチがある。

電池モジュール
電池モジュール

1.1 ベーシックモジュールを組み立てよう

 まずはベーシックモジュールと電池モジュールを組み合わせよう。使うのは写真の部品だ。全部キットに入っている部品だけど、ネジやネジスペーサーなどは他のサイズやスペアも入っている。

ベーシックモジュールと電池モジュールの組み立てに使う部品

① 電池モジュールの両端
りょうはし
の端子(0とGND)にスペーサーをナットでとめる。

電池モジュールにスペーサーとナットを付ける

② ベーシックモジュールの端子1と2にスペーサーをナットでとめる。

ベーシックモジュールにスペーサーとナットを付ける

③ ベーシックモジュールと電池モジュールを重ねて、ベーシックモジュールの両端の端子(0とGND)を電池モジュールのスペーサーと
はさ
むように、スペーサーで固定する。

ベーシックモジュールと電池モジュールを組み立てる

④ ベーシックモジュールと電池モジュールが組みあがったら、さらにmicro:bitを組み込む。micro:bitの3V端子以外の4つの端子をネジで固定する。

電池モジュールとベーシックモジュールに、さらにmicro:bitを付ける

⑤ 電池モジュールとベーシックモジュール、micro: bitを、ケーブルでつなぐ。コネクターの
はば

せま
い方がmicro:bit(3V)、広い方がベーシックモジュールだ(5V)。つないだら電池を入れよう。

電池モジュールとベーシックモジュール、micro:bitをケーブルでつなげる

 これで準備
じゅんび
がOKだ。

2 サーボモーターを動かそう

 組み立てが終わったら、さっそくサーボモーターをつないで動かしてみよう。「micro:bit実験・工作セット」に入っているサーボモーター「FS90」を使う。

サーボモーター「FS90」
サーボモーター「FS90」(サーボホーンがついている状態)

2.1 サーボモーターとは

 サーボモーターは、プログラムなどで指定
してい
した角度
かくど
に動かすことができるモーターだ。産業用
さんぎょうよう
工作機械
こうさくきかい
などに使われるものもあるけど、ここではラジコン用のサーボモーターを使う。ラジコン用のサーボモーターは、もともとラジコン飛行機
ひこうき

かじ
や、ラジコンカーの車輪
しゃりん
の向きなどを制御
せいぎょ
するために使われている。最近ではホビーロボットにも使われているね。

 サーボモーターは、モーター、ポテンショメーター、ギアボックスで構成
こうせい
されている。ギアボックスでモーターの回転を減速
げんそく
させて高いトルク(モーターを動かす力)を発生させ、ポテンショメーター(可変抵抗
かへんていこう
)を使って出力軸
しゅつりょくじく
(動作する
じく
)の角度を認識
にんしき
し、指定した角度に動かすよ。

サーボモーターの構造
 サーボモーターの構造

2.2 サーボモーターを動かす

 それでは、micro:bitにサーボモーターを接続して、動かしてみよう。サーボモーターには、動きがわかりやすいように片手のサーボホーンをつける。モーターの軸のギザギザをかみ合わせて差し込んでね。

サーボモーターを接続

 サーボモーターのケーブルは、ベーシックモジュールのP0に接続した。このとき、端子の色とケーブルの色が合うように差し込んでね。
 それではここからはMakeCodeのプログラムでサーボモーターを動かしてみよう。サーボモーターを動かすためのブロックがいくつかあるが、「高度
こうど
なブロック」をクリックして表示される「入出力端子
にゅうしゅつりょくたんし
」カテゴリーの「サーボ 出力する 端子 “P0” 角度“180”」ブロックでは角度を指定して実行できる。

サーボモーターの出力を指定

 サーボモーターによって動くことのできる範囲
はんい
は決まっているので、指定できる角度はその範囲以内になる。他にも動くスピードや、かけられる負荷
ふか
などの条件
じょうけん
があるので、自分でサーボモーターを選ぶときは、そのメーカーのホームページで仕様
しよう
を確認した方がいい。

 動作確認としては、1秒ごとに45°ずつ動いていくプログラムをつくった。micro:bitに書き込んでみて、問題なく動くか確認しよう。

サーボモーターの動作確認のプログラム

2.3 micro:bitのボタンで操縦する

 micro:bitのボタンA、Bを使ってサーボモーターの角度を操縦
そうじゅう
してみよう。ボタンAを押したときに10°ずつ
やして、ボタンBを押したときに10°ずつ
らしていく。ボタンAとBを両方押したときに0°に戻ることにする。

 まずは角度を記録
きろく
するための変数「角度」をつくる。

変数を作成する
「変数」カテゴリーで変数「角度」をつくる。

 micro:bitのボタンを押したら、サーボモーターの角度が変わるプログラムをつくろう。最初にサーボモーターの角度を0°に設定して、ボタンを押すと動くようにしている。
 「最初だけ」ブロックでは、サーボモーターの角度を0°にするプログラムをつくって、「ずっと」ブロックでは、サーボモーターの現在の角度を、micro:bitのLEDディスプレイに表示するプログラムをつくっている。

サーボモーターの初期位置を設定するプログラムと、現在の角度を表示するプログラム

 ボタンAとB、それぞれを押したらサーボモーターが動き、両方を一緒
いっしょ
に押したらサーボモーターの角度を0°にするようにしている。

ボタンA、Bを押したときの動作のプログラム

2.4 micro:bitを傾けて操縦する

 micro:bitには
かたむ
きを検知できる加速度
かそくど
センサーもついている。ここでは、micro:bitを傾けることでサーボモーターを操縦してみよう。

 プログラムでは、まず最初にサーボモーターの角度を90°にする。micro:bitを傾けて操縦するための準備として、micro:bitの傾きが水平のときのサーボモーターの角度を指定しているんだ。

サーボモーターの角度を90度にするプログラム

 この状態から傾きに応じて、サーボモーターが動くぞ。

ロール方向の傾きに合わせてサーボモーターが動くプログラム

 プログラムでは「傾斜
けいしゃ
(°)」を“ロール”にしているけれど、これはmicro:bitの傾きの方向のことだよ。どの方向の傾きを示しているのかは、下の図を参考
さんこう
にしてね。

micro:bitのピッチ、ロールの方向
micro:bitのピッチ、ロールの方向。

 これで、micro:bitでサーボモーターが動かせるようになった。せっかくだから、何かつくってみたいね。そこで次回は、かんたんなロボットをつくってみるよ。お楽しみに!

(文/倉本大資 撮影/青柳敏史)

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