【モータ制御②】回転数の計測～ロータリーエンコーダの概要～【Arduino】

前回はモータの概要について学びました

: 【モータ制御①】DCモータの概要【Arduino】
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今回はモータの回転数を計測する方法について学んでゆきます。

角度センサには主に以下の2種類があります：

ポテンショメータは、抵抗値の変化を利用して回転角度を計測するセンサです。これは可変抵抗の一種で、回転角度の検出に抵抗値の変化を利用しています。

巻線式のポテンショメータでは、抵抗板上にブラシが接触することで抵抗値が変化します。

構造：ポテンショメータには三つの端子があります。
1. 供給電源端子 (VDD)
2. 接地端子 (GND)
3. 出力端子 (Vout)
動作：供給電源端子 (VDD) と接地端子 (GND) に電源を接続し、残りの一つの端子が出力端子 (Vout) となります。この出力端子から基準電位との電位差を計測します。軸が回転すると、可動ブラシの位置によって出力端子と基準電位との間の電位差が変化し、これによって回転角度を検出することができます。

ポテンショメータの出力はアナログ信号となります。

ポテンショメータは抵抗値の変化を利用して回転角度を計測するセンサですが、構造上、回転数が限られてしまいます。一定の回転角度範囲内でのみ使用可能で、無限回転はできません。

エンコーダは、パルス信号の組み合わせを利用して回転角度を計測するセンサです。

ロータリエンコーダは無限回転の角度を取り扱うことができます。例えば、モータでロボットの関節角度を制御する場合、ギアなどで減速しているため、モータは何回転もすることが多いです。このため、モータの角度センサとしてはロータリエンコーダがよく使われます。

エンコーダは、回転する部品に付けられたパターンを読み取り、そのパターンに基づいてパルス信号を生成します。これにより、回転角度や位置を精密に計測することができます。

エンコーダの出力はディジタル信号となります。

ロータリエンコーダの動作原理を説明します：

固定スリットによって、2組のパルス信号の位相がずれるようになっています。この2組のパルス信号はそれぞれA相、B相と呼ばれます。A相とB相のパルス信号の時系列波形は1/4ピッチずれた波形となります。

時計回り：A相が先にHigh状態となり、B相がそれを追いかけるようにHigh状態になります。続いて、A相がLow状態になり、その後B相もLow状態になります。
反時計回り：B相が先にHigh状態となり、A相がそれを追いかけるようにHigh状態になります。続いて、B相がLow状態になり、その後A相もLow状態になります。