ラジオコントロールの基礎技術修得
著者
辻 正晴
雑誌名
技術報告集
巻
8 (2002年度)
ページ
55-60
発行年
2003-04
URL
http://hdl.handle.net/10098/7491
フジオコントロールの基礎技術修得
第三技術室システム制御技術班 辻 正晴1
.はじめに ラジオコントロール(ラジコン)は模型飛行機などのホビーに使われているが、人間の立ち 入り困難な場所、高所、危険箇所での機器の操作や制御などに応用できる 。 リモートコントロールには赤外線や超音波を使用したものがあるが、いずれも指向性があ り、到達距離が数 m~ 数十 m と短いものが多い中で、ホビー用ラジコンは全方向 300~10 OOm が可能といわれている 。 今回の研修では、ラジオコントロールの基礎技術を修得し、応用として P1
C を使ったステ ツピングモータの制御を試みた。なお、ラジコンには産業用のものもあるが、今回は入手し易 いホビー用のものに限定した。 2. ラジオコントロールの基本構成と動作 ラジコンは送信機、受信機、サーボモータモジュール、動力制御用アンプなどで構成されて いて、プロポーショナルコントロールシステム(比例制御:プロポ)が使用されている 送 信機を単にプロポと呼ぶこともあり、操作レバーの傾き量に比例して、受信機側のサーボモ ータやアンプが比例動作し、スロットルやラダーなどの変化量が比例制御される ①送信周波数 27 ， 40 ， 72MHz 帯の 3 バンド ②変調方式 陸上用 27MHz 帯 12 波、 40MHz 帯 8 波 空中用 40MHz 帯 5 波、 72MHz 帯 10 波A M
(振幅変調) ,F M
(周波数変調)，P C M
(パルスコード変調)などがある L ③チャンネル数 ④受信機2
~.8 CH
送信機からの電波をデコードして PWM( パルス幅変調)信号を送出し、サーボモータやア ンプを制御する。 受信機の出力は常時出力されており、メーカーや機種によってパルスの幅 や周期がわずかに異なっている。 ⑤サーボモータ 受信機の出力信号幅をデコードしてモータを任意の角度(::l:: 80 。程度)に回転し位置を保持 する。 内部はモー夕、減速ギア、ポテンショメー夕、制御回路で構成されているc トルク 2~7kgf. cm 、回転速度 0.23 秒 /60 。程度、重量 30~ 40g 程度である、-55-⑥スロットルアンプ パワー MOSFET により、数十 A の電流を正逆方向に流せる電力増幅回路を内蔵している ⑦電源 受信機・・・飛行機用 4.8V 、自動車や船舶用 6V サーボモータ・・・ 4. 8~
6
V
⑧受信機の出力信号波形L
周期約 20rnst
w
t
w
:ニュートラ)~約 1500μs 、 約 1000μs~ 2000μs の範囲で可変する。 レへ・)~は CMOS /T TL レヘ・)~ 3. ラジコンによるステッピングモータのコントロール ラジコン受信機からの出力波形幅を P1
C で読取り、パルス幅に比例した角度でステッピ ングモータを回転し制御するものである。 回路図 受信機からの信号を P1
C
CPIC16F84A) の RAO に入力し、 RB7~ RB4 からステッピングモータ 制御信号をトランジスタによる電力増幅回路を通して出力している。 回路上の問題点として は、受信機がノイズを拾いやすい点にあるの もともと電池使用を前提にしているので、質の 悪いスイッチング電源ではノイズを受けやすく誤動作の原因となるG 完全にアースを取るか、 トランス平滑型の安定化電源を使用するのが望ましい U 十 5V 十 12νPIC16F84A
①
ステッピングモータプログラムとフローチャート ステッピングモータの制御にはタイマー割込みを使っているt 一般に考えられる方法には ①受信パルスを観測しながら割込みでモータを制御する方法 ②割込みで受信パルスを観測しながらモータを制御する方法 の二つが考えられるが、今回は①の方法を採用しているc プログラム上の問題点 は、送信機の操作レバーを固定しておいても受信パルス幅が若干変 動することである心 このためモータの追従性をよくすると振動的動作となるい原因としては 電源の影響も考えられるが一般的にもありうる現象なので、ソフトで揺らぎ幅の許容をとっ て振動を解消している。 パルス幅の測定は、タイマ一割込みを禁止して 8μs のループで何カ ウントするかにより求めている o FUTABA 製受信機の最大パルス幅は 2020μs 程度なので 2020 /8=252 となり 1 バイトの範囲でカウントできる。 また、回転角を拡げるため最小最大のカウン ト差 125 を 2 倍して 250 ステップの範囲としているの これ以上の回転角には 2 バイトのカウン ターが必要となるが今回は行っていないの タイマ一割込みの周・期は 1.024ms となっている また、電源 ON 時のノイズによりモータが一瞬回転するのを防ぐため、 START 時に約 1 秒の ディレイタイムを取っているがリストでは省略しているU フローチャート
(
M A 1
N)
( I N T R )
(
R E T F I E )
-57-rcstepa.asm Page 1 *牢牢本*牢牢本牢****キ***キ***車**司区本*********牟*ホ*ョドヨドヨド*本**本本**本***ホ******* ;プログラム名 : RCSTEPB. ASM ;プログラム :ステッピングモーター制御 (4MHz) 本プログラムは，ラジコン受信機からのパルス信号幅を計測し ;ステッピングモーターの回転角度を制御するものである。 送信機 FUTABA T2ER 40. 770MHz 受信機 FUTABA FP-R122JE AM 2CH :************************本*****本*****************ネ***キ********
LIST P=PIC16F84A.B=4,N=75,ST=OFF
I NCLUDE "P16F84A. I NC
CONFIG HS OSC
&
WDT OFF&
PWRTE OFF&
CP OFF71b ンフィ芋よレーシヨンコピッ Fの設定 一ー ;HS発振、ウォッチドッグ・タイマはOFF ;パワーアップ・タイマはOFF 、コード・プロテクトはOFF ******本***本***本******本***本**ホ*************本 変数、定数定義とレジスタ割付 ***本******キ***********本********ホ***ヨド******* PTN1 EQU OCH ;ステッピン夕、パターン CNT1 EQU ODH ;パルス幅カウント値 SCT1 EQU OEH ;現在のステップ位置
WTEMP EQU OFH :VV レジスタ待避
STEMP EQU 010H :スタック待避 PIN1 EQU 011H ;/( ルス幅カウンタ ;**本本**キ***キ**ホ***ヨド***ヰ**ヨド***本*************ネ メインプログラム ・**本本**本***本**ホキ******ホ*ヨド****ホ*キ****本******* ORG 0 GOTO START ORG 04H GOTO INTR START MAIN WHEaWHF 卜 w"EBWHEEE ' puqupU 凶 HEIRU 凶 HF ・ nu
FF
礼川札 W 肝 F 川比 W 肝肝札 WWFF 肝 mmmmFpppp 町内刊札酬 mm 札酬同 m Eunununununu-B 』 nununu'L'LnununucueJWILT-nUTtnunununununUM 刊 TsnunUHUTEnunUHUT-nu BBMMMMGBMMCCMMMBBCBGBGBNNNNlBGMSBGMSBG LOOP1 LOOP2 LOOP3 STATUS,RPO INTCON,GIE 01H OPTION_REG¥ 01FH TRISA TRISB STATUS,RPO S' 10010000' PORTS PTN1 TMRO 07DH SCT1 CNT1 INTCON, TOIE INTCON,GIE PIN1 PORTA,O LOOP1 PORTA,0 LOOP2 INTCON,GIE PIN1. F PORTA,O LOOP3 064H PIN1,W STATUS,C LOOP1 OFDH PIN1.W STATUS,C ;全割込み禁止 ; 1 : 4, 1. 024ms -初期パターン ;タイマー値ロード : 125 ;タイマー 0 許可 ，全割込み許可 .全割込み不可 ;4 カウント ;2 I合計 8 カウント、 8usec ; 100 ;PIN1-100 ;99< .く100 ;253 :PINl-253 ;<253rcstepa.asm Page 2 MOVF PIN1, W MOVWF CNT1 .パルス幅カウント数 MOVLW 07DH ; 125 SUBWF CNT1, F MOVF CNT1, W ADDWF CNT1.F ;*2 GOTO LOOP1 INTR MOVWF WTEMP SWAPF STATUS.W MOVWF STEMP
BCF INTCON, TOIF ;TMRO 割込みフラグクリア
CLRF TMRO ;TMRO SET
MOVF SCT1. W SUBWF CNT1, W ;CNT トSC T1 ->W 現在位置との差ー BTFSC STATUS. Z GOTO RETINT : CNT1=SCT1 BTFSS STATUS.C GOTO CCW : CNT1<SCT1 CW ; CNT1>SCT1 MOVLW 03H ADDWF SCT1. W SUBWF CNT1, W BTFSS STATUS.C GOTO RETINT MOVLW 07H SUBWF PTN1, W : P INT1-7 BTFSC STATUS.C GOTO CW1 7< INCF PTN1, F ;く 6 GOTO CW2 CW1 CLRF PTN1 CW2 INCF SCT1,F GOTO MCTL CCW ;CNT1くSCT1 MOVLW 02H SUBWF SCT1, W SUBWF CNT1, W BTFSC STATUS, C GOTO RETINT MOVF PTN1, W BTFSS STATUS, Z GOTO CCW1 ; PTN1 く >0 MOVLW 07H ;PTN1=0 MOVWF PTN1 GOTO CCW2 CCW1 DECF PTN1, F CCW2 DECF SCT1,F MCTL MOVF PTN1,W CALL SPAT MOVWF PORTB RETINT SWAPF STEMP, W MOVWF STATUS SWAPF WTEMP.F SWAPF WTEMP, W RETFIE SPAT ADDWF PCL, F RETLW B' 10010000' RETLW B' 00010000' RETLW B' 00110000' RETLW B' 00100000' RETLW B' 01100000' RETLW B' 01000000' RETLW B' 11000000' RETLW B' 10000000' END 5 9
-4. 結果と考察 ラジコン用サーボモータは模型の昇降舵、方向舵、スロットルパルプをなどを動かすため のもので小型で軽く出来ているが、回転角度範囲やトルクはあまりなく、機加の制御に使Jl J するには限度がある 1 これをステッピングモータで置き換えれば工業的な応川が栴段に I\'"j く なる乙 この観点からワンチップマイクロコントローラ PIC でステッピングモータの制御を 試みたが、結果は満足するものでロボットなどの無線操縦も可能と思われる ラジオコントロールによる機器の制御はノイズによる誤動作を如何に解消するかにある それにはハード、ソフトの両面で何重にもフェイルセーフを掛ける必要がある この 'h さえ 保証されればラジオコントロールによる機器の制御は実に魅力的なものであるが、 ーつ大き な問題点もある それは近く(約 lkm 圏内)にラジコンを使っている人がいて、その Jid 波数 が同じ場合、誤動作・暴走の危険性が非常に高くなることである このことは 111 々しき問題 であり、これを防止するには、こちらの周波数を変史する事と、受信機のアンテナを川くし て感度を落とすことぐらいであるが、決め手にはならない つまり、人身τド故や端物的地に つながる装置にはホビー用ラジコンは使えないということである 産業別ラジコンでは乙の あたりの対策は万全であろうが、内容は各メーカーともトップシークレットになっていて、 知ることは困難である 九 これは、機密が漏れれば妨害電波が 11\され、システムが人ー出札する のを防ぐためである パルスをコード化し H吉証番号とデータを同時に送ればよいのであるが、 そのためには送信機を改良し、送受信側とも知 l 能化する必要がある 今後の課題としては、送信機を人聞が操作するのではなく、コンビュータでデジタル的に 制御することであるに これによって暗証書号の活川が IIJ 能となり、他機からの伝りを排除し て、無人化による機器の制御や計測が可能となる 工業的にも安全で利用価舶を吏に I;-:j める ことができる おわりに 火山の噴火口上空にピデオカメラ搭載のラジコン機を JI~ ばし、マグマの状態を蹴察したい、 長崎普賢岳の爆発の時からそんな大それた夢を持っていたが、ラジコンには触ったこともな く幾星霜・・・ 聞くところによると、それが可能なラジコンヘリは . T)j 川以上もするら しいi 思案に暮れたあげく、ものづくりが基本の工学部なら何とかなるかもしれない、兎に かく 『 ラジコンとは何ぞや』 の基礎から始めねばなるまい・ このような・h 伯が今 Ilil の 研修テーマとなった由縁です、結果は概ね l順調、気分はいや噴火口の上引を飛んでいます 今後この稚拙な技術が何かのお役に立てれば幸いです おわりに、本研修の機会を与えて頂きました、学長先生、 L'γ i'iiS、研究宅、ーh 務・|災I Ilt f
