BTX030B Dynamixel AX-12A

基本的な情報

ID

Dynamixelでは複数のデバイスを同じネットワークに接続して運用する事を前提としているため、各々のデバイスを区別するためにユニークなID番号を用いる事としています。
また、ホストは任意のIDを持ったデバイスを指定して命令し、指定されたIDに一致したデバイスがそれに応答するといったマスタースレーブ方式を採用しています。

なお、複数のデバイスに同じID値が付けられている事は前提としていないため、1つのネットワークに同一IDを持つデバイスが複数存在してはなりません。

コントロールテーブル

デバイスの情報はメモリマップでとして提供されており、それをコントロールテーブルと称します。
複数の情報はコントロールテーブル上の異なるアドレスに割り当てられており、必要に応じてホストから任意のIDを持ったデバイスの任意のアドレスへアクセスします。

パケット通信

ホストとデバイス間は一般的なシリアル通信を行うハードウェアで接続され、パケット単位で処理される共通の通信プロトコルを用いて相互に情報をやりとりします。
ここではホストからデバイスへ送信されるパケットを「インストラクションパケット」、デバイスからホストへ送信されるパケットを「ステータスパケット」と称します。

ホストから送信するインストラクションパケットの主な機能はIDの指定とコントロールテーブルの任意のアドレスへのデータの読み書きとなります。そのパケットに対して応答すべきデバイスから返信されるステータスパケットには、ホストから読み出し要求されたコントロールテーブル内のデータや、書き込み要求に対する整合性の結果などが含まれます。

パケット詳細

以後「0x」が付与された英数字は16進数、そうでないものは10進数とみなします。
また、デバイスのコントロールテーブル上のStatus Return Levelによってパケットの有無が異なります。

インストラクションパケット

インストラクションパケットはホストからデバイスへ命令するためのパケットです。
パケット構造は以下の通りで、囲み1つが1byteを意味します。

• Header
  先頭2バイトは0xFF,0xFFの固定値。
• ID
  送信先のデバイスのID。0~253(0x00~0xFD)の範囲及び254(0xFE)。
  254のIDは1回のインストラクションパケットで複数のデバイスに対して命令を発効する際に使用。
• Length
  Instruction以後の全てのバイト数。
• Instruction
  以下のいずれかのインストラクション。
  

  Instruction	Function	Value	Number of Parameter
  PING	デバイスの死活確認	0x01	0
  READ	コントロールテーブルから読み出し	0x02	2
  WRITE	コントロールテーブルへ書き込み(即時反映)	0x03	2~
  REG WRITE	コントロールテーブルへ書き込み(保留)	0x04	2~
  ACTION	REG_WRITEで保留された値を反映	0x05	0
  RESET	デバイスのコントロールテーブルを出荷時の値に初期化	0x06	0
  SYNC WRITE	複数デバイスの同一コントロールテーブルへの一括書き込み(即時反映)	0x83	4～

• Parameter
  Instructionで要求される追加情報(可変長)。
  
• Checksum
  計算方法は次の通りです。
  

  SUM = ~(id + LEN + INS + Param1 + … + ParamN)

  計算された値が255を超えた場合は下位8ビットをSUMとします。

ステータスパケット

ステータスパケットはホストから送信されるインストラクションパケットをデバイスが受信した後、その応答としてデバイスからホストへ返信されるパケットです。
パケット構造は以下の通りで、囲み1つが1byteを意味します。

• Header
  先頭2バイトは0xFF,0xFFの固定値。
• ID
  デバイスのID。
  
• Length
  Error以後の全てのバイト数。
• Error
  パケット処理中に検出されたデバイスの動作状況等。
  

  Bit	Name	Description
  7	-	-
  6	Instruction Error	未定義のインストラクションが指定された、もしくはREG WRITEなしでACTIONが指定された
  5	Overload Error	指定された最大トルクで現在の負荷を制御できない
  4	Checksum Error	インストラクションパケットのチェックサムが正しく無い
  3	Range Error	パラメータの設定範囲を超えた
  2	Overheating Error	内部温度が設定温度を超えた
  1	Angle Limit Error	Angle Limitの範囲外にGoal Positionが指定された
  0	Input Voltage Error	電源電圧が指定動作電圧の範囲を超えた

• Parameter
  インストラクションパケットに従った追加情報(可変長)。
  
• Checksum
  計算方法は次の通りです。

  SUM = ~(id + LEN + INS + Param1 + … + ParamN)

  計算された値が255を超えた場合は下位8ビットをSUMとします。

インストラクション詳細

PING

特定のIDを持ったDynamixelの存在を確認します。
IDに254を指定してPINGインストラクションを送信すると、ネットワークに存在する全てのDynamixelが順次ステータスパケットを返します。

• インストラクションパケットのParameter
  なし
• ステータスパケットのParameter
  なし

例)
INST:ID=1にPINGを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x02 ...Length
0x01 ...Instruction
0xFB ...Checksum

STAT:ID=1のDynamixelが応答。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x02 ...Length
0x00 ...Error
0xFC ...Checksum

READ

特定IDのデバイスへアドレス・バイトサイズを指定してコントロールテーブルのデータを読み出します。IDは0~253の範囲が指定できます。

• インストラクションパケットのParameter
  

  Param byte No.	Description
  1	開始アドレス
  2	バイトサイズ(N)

  
  
• ステータスパケットのParameter

  Param byte No.	Description
  1	DATA[0]
  2	DATA[1]
  3	DATA[2]
  ...	...
  N	DATA[N-1]

  
  

例)
INST:AX-12A想定。ID=1に対しパラメータにAddress=43(0x2B PresentTemperature), Length=2(0x02)を指定してREADを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x04 ...Length
0x02 ...Instruction
0x2B ...開始アドレス
0x01 ...バイトサイズ
0xCC ...Checksum

STAT:8bit幅で現在のPresentTemperature=32(0x20)の値を返信。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x03 ...Length
0x00 ...Error
0x20 ...DATAs
0xDB ...Checksum

WRITE

特定IDのデバイスへアドレス・データ(任意バイト数)を指定してコントロールテーブルへ書き込みます。IDは0~252の範囲と254が指定でき、254を指定した場合はステータスパケットが返りません。

• インストラクションパケットのParameter
  

  Param byte No.	Description
  1	開始アドレス
  2
  3	DATA[0]
  4	DATA[1]
  5	DATA[2]
  ...	...
  N+2	DATA[N-1]

  
  
• ステータスパケットのParameter
  なし

例)
INST:AX-12A想定。ID=1(0x01)に対しパラメータにAddress=30(0x1E GoalPosition), Data=512(0x0200 16bit幅)を指定してWRITEを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x05 ...Length
0x03 ...Instruction
0x1E ...開始アドレス
0x00 02 ...DATAs
0xD7 ...Checksum

STAT:ID=1のDynamixelが応答。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x02 ...Length
0x00 ...Error
0xFC ...Checksum

REG WRITE

特定IDのデバイスへアドレス・データ(任意バイト数)を指定してコントロールテーブルへ書き込む点ではWRITEインストラクションと同じですが、その後ACTIONインストラクションが実行されない限りコントロールテーブルへ反映されません。IDは0~253の範囲と254が指定でき、254を指定した場合はステータスパケットが返りません。
なお、REG WRITEを受信したデバイスは、コントロールテーブル上のアイテムRegistered Instructionを1にし、ACTIONインストラクションを待機中である事を示します。

• インストラクションパケットのParameter
  

  Param byte No.	Description
  1	開始アドレス
  2	DATA[0]
  3	DATA[1]
  4	DATA[2]
  ...	...
  N+1	DATA[N-1]

  
  
• ステータスパケットのParameter
  なし

例)
INST:AX-12A想定。ID=1に対しパラメータにAddress=30(0x1E GoalPosition), Data=200(0x00C8 16bit幅)を指定してREG WRITEを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x05 ...Length
0x04 ...Instruction
0x1E ...開始アドレス
0xC8 0x00 ...DATAs
0x0F ...Checksum

STAT:ID=1のDynamixelが応答。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x02 ...Length
0x00 ...Error
0xFC ...Checksum

ACTION

REG WRITEインストラクションで待機中のデバイスのコントロールテーブルを更新します。IDは0~253の範囲と254が指定でき、254を指定した場合はステータスパケットが返りません。
ACTIONを受け取ったデバイスはRegistered Instructionが1であれば0になりますが、0であったデバイスはエラーを返します。

• インストラクションパケットのParameter
  なし
• ステータスパケットのParameter
  なし

例)
INST:ID=1に対しACTIONを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x03 ...Length
0x05 ...Instruction
0xF6 ...Checksum

STAT:Registered Instructionが1であった場合の正常時の返信。

0xFF 0xFF ...Header
0x01 ...ID
0x02 ...Length
0x00 ...Error
0xFC...Checksum

RESET

特定IDのデバイスを出荷時の状態にします。IDは0~253の範囲と254が指定でき、254を指定した場合はステータスパケットが返りません。

• インストラクションパケットのParameter
  なし
• ステータスパケットのParameter
  なし

例)
INST:ID=0にRESETを発行。

0xFF 0xFF ...Header
0x00 ...ID
0x02 ...Length
0x06 ...Instruction
0xF7 ...Checksum

STAT:正常時の返信

0xFF 0xFF ...Header
0x00 ...ID
0x02 ...Length
0x00 ...Error
0xFD

SYNC WRITE

Parameterに共通のアドレス・共通のバイトサイズ(16bit幅)・複数のIDと各データを指定した1回のインストラクションパケットで、複数のデバイスのコントロールテーブルへ書き込みます。
インストラクションパケットのIDは254固定、パラメータ内のIDは重複しない0~253の範囲をとります。

• インストラクションパケットのParameter
  

  Param byte No.	Description
  1	開始アドレス
  2	バイトサイズ(N) (1以上)
  3	1stデバイス	ID (0~253)
  4		DATAa[0]
  5		DATAa[1]
  ...		...
  N+3		DATAa[N-1]
  N+4	2ndデバイス	ID (0~253)
  N+5		DATAb[0]
  N+6		DATAb[1]
  ...		...
  2*N+4		DATAb[N-1]
  2*N+5	3rdデバイス	ID (0~253)
  2*N+6		DATAc[0]
  2*N+7		DATAc[1]
  ...		...
  3*N+5		DATAc[N-1]
  ...	...	...

  
  例)
  INST:AX-12A想定。ID=0へGoalPositionを16(0x0010),GoalSpeedを336(0x0150)、ID=1へGoalPositionを544(0x0220),GoalSpeedを864(0x0360)、ID=2へGoalPositionを48(0x0030),GoalSpeedを368(0x0170)、ID=3へGoalPositionを544(0x0220),GoalSpeedを896(0x0380)を指定してSYNC WRITEを発行。

  0xFF 0xFF ...Header
  0xFE ...ID(254固定)
  0x18 ...Length
  0x83 ...Instruction
  0x1E ...開始アドレス
  0x04 ...バイトサイズ
  0x00 0x10 0x00 0x50 0x01 ...1st ID, DATAs
  0x01 0x20 0x02 0x60 0x03 ...2nd ID, DATAs
  0x02 0x30 0x00 0x70 0x01 ...3rd ID, DATAs
  0x03 0x20 0x02 0x80 0x03 ...4th ID, DATAs
  0x12 ...Checksum
  

適用

以下のDynamixelに共通のコントロールテーブルです。

• DX-113
• DX-116
• DX-117
• RX-10
• RX-24F
• RX-28
• RX-64
• AX-12
• AX-12+
• AX-12A
• AX-18F
• AX-18A

アイテム一覧

Dynamixelの機能及び設定は次のメモリマップ上に1バイトないし2バイト(リトルエンディアン)のアイテムとして割り当てられ、インストラクションパケットを使用して操作します。
2バイトに渡るアイテムは1つのインストラクションパケットにおいて同時に書き込まれる必要があります。

• データ幅が16bitのアイテムはリトルエンディアン(データの下位バイトから順に格納)。
• Accessに(NVM)とあるアイテムは不揮発メモリとなっており、電源を切っても値が保持される。また頻繁な書き換えは想定されていないため、書き換えは必要最低限にとどめること。
• Accessに(NVM)とあるアイテムとIndirect Addressを変更する場合は、Torque Enalbeが0でなくてはならない。
• (reserve)はシステムで予約され、読み出した値に有効性はない。また、書き込みを行ってはならない。
• Default Valueは出荷時ないしファクトリーリセットを行った際の値。又、ファームウェアのバージョンによって値が変更される場合がある。

各アイテム詳細

0~1: Model Number

モデル固有の値を保持します。異なる種類のDynamixelを混在して使用する際の個体識別などに使用できます。

2: Version of Firmware

内蔵されるCPUに書き込まれたプログラムのバージョンです。ファームウェアの更新を行った際に合わせて自動的に変更されます。

3: ID

各Dynamixelを特定するための固有の値で0~253の範囲の数値で設定します。同一ネットワーク内に存在するDynamixelには各々異なるIDが要求されます。

4: Baudrate

通信速度を決める分周値で、通信速度は次式で導かれます。

Baudrate[bps] = 2000000[bps] / (Value + 1)

主なBaudrate

※ホストとのボーレートの誤差は±2%以下が要求されます。

5: Return Delay Time

インストラクションパケットが送られた後、ステータスパケットを返すまでの待ち時間を設定します。
ホストにおいて半二重のバス制御のタイミングに合わせて調整しますが、DXHUBを使用する限りでは0を設定しても問題ありません。

Delay Time [us] = Value * 2 [us]

6~7: CW Angle Limit

8~9: CCW Angle Limit

動作角の範囲です。Goal Positionは以下の範囲に設定する必要があります。
CW Angle Limit <= Goal Position <= CCW Angle Limit
Goal Positionが動作角のリミットを越えると、Angle Limit Errorが起こります。

CW Angle Limit及びCCW Angle Limitを両方0に設定するとEndless Turnモードになります。

11: Highest Limit Temperature

Present Temperatureがこの値を超えるとOverheating Errorの該当ビットがONになります。

Temperature [degC] = Value * 1 [degC]

12: Lowest Limit Voltage

13: Highest Limit Voltage

Present Voltageがこの値の範囲を超えるとInput Voltage Errorの該当ビットはONになります。

Voltage [V] = Value * 0.1 [V]

14~15: Max Torque

最大出力トルクの初期値です。起動直後にこの値がTorque Limitへコピーされ、以後使用されません。
単位は最大出力に対する割合です。Max Torqueが512なら最大出力対比約50%、1023なら100%が出力の上限となります。

16: Status Return Level

ステータスパケットを返信するインストラクションパケットを選択します。

17: Alarm LED

対応するビットを1に設定すると、エラーが発生した時にステータスLEDが点滅します。
すべてのビットのOR論理演算に従って動作します。例えば0x05が設定されていたら、Input Voltage ErrorかOverheating Errorが起こったときにLEDが点滅します。

18: Alarm Shutdown

対応するビットを1に設定すると、エラーが発生した時にTorque Limitを0に設定し、モータの出力を遮断します。
エラーが発生した後、正常状態に戻ってもTorque Limitは0が維持されますので、Torque Limitに値を再設定する必要があります。

20~21: Down Calibration

22~23: Up Calibration

ポテンショメータの誤差を補うのに使用されるデータです。ユーザは変更できません。

24: Torque Enable

電源を入れた時、出力軸はフリーの状態です。Torque Enableを1に設定するとトルクが有効になります。 Goal Positionを指定した場合も1になります。

25: LED

本体に装備されたLEDを点灯ないし消灯します。

26: CW Compliance Margin

27: CCW Compliance Margin

28: CW Compliance Slope

29: CCW Compliance Slope

Dynamixelはコンプライアンスを設定することで出力軸に柔軟性を持たせます。グラフはポジションと出力の相関を表し、A～Dは各コンプライアンス値です。

A : CCW Compliance Slope
B : CCW Compliance Margin
C : CW Compliance Margin
D : CW Compliance Slope
E : Punch

30~31: Goal Position

出力軸の位置を設定します。出力軸0～300°に対し、0～1023の値を与えます。 Endless Turnモードでは使用しません。

32~33: Moving Speed

出力軸が動く際の回転数を指定します。

Velocity [rpm] = Value * 0.111 [rpm]

但し該当モデルの最大回転数以上では動作しません。0に設定すると供給電圧で可能な最大速度になります。

Endless Turnモードで使用する場合はEndless Turn参照。

34~35: Torque Limit

最大出力の上限値です。 単位は最大出力に対する割合です。Max Torqueが512なら最大出力対比約50%、1023なら100%が出力の上限となります。
電源を入れるとMax Torqueの値を初期値として使用します。

36~37: Present Position

出力軸の現在位置です。出力軸0～300°に対し、0～1023の値をとります。

Endless Turnモードでは300～360°の間は不定値となります。

38~39: Present Speed

出力軸の現在の角速度です。10番目のビットは回転方向を表します。

Present Speed [rpm] = Value * 0.111 [rpm]

Endless Turnモードの場合はEndless Turn参照。

Direction = 0 : CCW, Direction = 1 : CW

40~41: Present Load

出力に基づいて算出された負荷の大きさです。10番目のビットは負荷の方向です。
単位は最大出力に対する割合です。512ならCCW方向に最大出力対比約50%、1023なら100%の負荷となります。

Direction = 0 : CCW, Direction = 1 : CW

42: Present Voltage

現在供給されている電圧です。値は電圧(V)の10倍値です。例えば10Vは100となります。

43: Present Temperature

内部温度(℃)です。例えば30℃は30です。

44: Registered Instruction

REG_WRITEコマンドでインストラクションが格納されたとき1になり、ACTIONコマンドでインストラクションが完了したら0になります。

46: Moving

供給された電力で出力軸が回転しているときに1、それ以外は0が設定されます。外力によって出力軸が動いても1にはなりません。

47: Lock

1を設定するとコントロールテーブルの不揮発エリア(アドレス0～23)が書き換え不能になります。ロックの解除するには電源を入れ直す必要があります。

48~49: Punch

現バージョンのファームウェアでは使用していません。

操作時にモータに供給される最小の電流です。

Endless Turn

CW Angle LimitとCWW Angle Limitを0に設定することで、車輪のような役割として使用できるEndless Turnモードになります。Moving Speedで回転速度を指定します。

Endless TurnモードでのMoving Speed及びPresent Speedは、最大出力に対する出力の割合です。512ならCCW方向に最大出力対比約50%、1023なら100%の出力で制御します。負荷の大きさによって回転速度は変わります。

Moving Speedの設定

Trun Direction = 0 : CCW, Trun Direction = 1 : CW