Dynamixel MX-64

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

DynamixelプロトコルV1版ファームウェア Ver.36以降を搭載した以下のDynamixelに共通するコントロールテーブルです。

• MX-12W
• MX-28R​/MX-28T​/MX-28AR​/MX-28AT
• MX-64R​/MX-64T​/MX-64AR​/MX-64AT
• MX-106R​/MX-106T

アイテム一覧

• データ幅が16bitないし32bit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。

各アイテムの詳細

0～1:Model Number

モデルナンバーです。各モデルには以下の固有値が割り当てられます。

2:Version of Firmware

ファームウェアのバージョンです。

3: ID

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

254はBroadcast IDとし、全てのDynamixelへパケットを送信する際に使用します。

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 / (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。

なお、MXシリーズのみ以下の値の時にイリガルなボーレートが割り当てられていますので注意が必要です。

※MX-64,MX-106のみ

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。
単位は2[usec]です。

6～7:CW Angle Limit

8～9:CCW Angle Limit

Jointモード時のDynamixelの動作角度範囲を設定します。Goal Positionは以下の範囲にある必要があります。
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。

なお、設定値に応じてDynamixelの動作モードが変わります。

• CW Angle Limit < CCW Angle Limit時
  Jointモードとなり、出荷時の位置決め制御となります。
• CW Angle Limit = CCW Angle Limit = 0
  Wheelモードになります。
• CW Angle Limit = CCW Angle Limit = 4095
  Multi Turnモードになります。

10:Drive Mode

※MX-106のみ
デュアルモードにおけるマスタ/スレーブ、及び回転方向を設定します。

マスター/スレーブ選択ビット

スレーブに設定されたDynamixelは、マスターに設定されたDynamixelと同期化用ケーブルで接続すると、マスタに設定されたDynamixelと同期したポジションに自動的に動作します。 1つの関節に対し2つのDynamixelを使用する事で、トルクアップが期待できます。

同期化ケーブルの接続によりスレーブの回転方向が変わり、黒い線を並列に接続した場合は順方向に、クロスして接続した場合は逆方向に回転します。

回転方向選

0の場合は0～360°の範囲を4095～0のGoal Position、1の場合は0～360°の範囲を0～4095 のGoal Positionで位置決め制御を行います。

11:Highest Limit Temperature

Dynamixelの動作温度の上限です。Dynamixelの内部温度がこの値より高くなるとOverheating Errorが起こります。値は℃です。

12:Lowest Limit Voltage

13:Highest Limit Voltage

Dynamixelの動作電圧の上限と下限です。現在の電圧(Address42)が指定した範囲から出ると、Input Voltage Errorが起こります。値は実際の電圧の10倍です。例えばAddress12が80なら、電圧の下限は8Vに設定されます。

14～15:Max Torque

Dynamixelの最大トルク出力です。この値が0に設定されるとDynamixelはトルクがかかっていないFree Runモードになります。EEPROM(Address14, 15)とRAM(Address34, 35)の2つに最大トルクが定義されます。電源を入れるとEEPROMの最大トルク値がRAMの最大トルク値にコピーされます。DynamixelのトルクはRAM(Address34, 35)の値によって制限されます。

16:Status Return Level

Dynamixelが返すステータスパケットの措置を設定します。

17:Alarm LED

対応するBitが1に設定されると、その要因発生時にステータスLEDが点滅します。要因が解消するとLEDは2秒後に消灯します。

18:Alarm Shutdown

対応するBitが1に設定されると、その要因発生時にDynamixelのTorque Limit(Address34~35)を0にします。復帰する際はTorque Limit(Address34~35)を再設定する必要があります。

20～21:Multi Turn Offset

Multi Turnモード時のオフセット位置を調整します。
この値が真の位置フィードバックに加算され、Present Positionに現れます。

22:Resolution divider

位置の分解能を設定します。
真の位置フィードバック値を本値で乗じた値がPresent Positionに現れます。

24:Torque Enable

最初に電源を入れるとDynamixelはTorque Free Run(ゼロトルク)になります。Address24に1を設定するかゴールポジションが設定されるとトルクが有効になります。

25:LED

1が設定されるとLEDが点灯し、0が設定されると消灯します。

26:D Gain

27:I Gain

28:P Gain

MXシリーズはPID制御を行います。P Gainは比例、I Gainは積分、D Gainは微分ゲインで、いずれも値の範囲は0〜254です。

Kp=(P Gain)/8
Ki=(I Gain)*1000/2048
Kd=(D Gain)*4/1000

30～31:Goal Position

Dynamixelの出力角の位置を設定します。0(0x000)～4095(0xfff)の設定値に対し、出力軸は0°～360°の範囲で動作します。

Multi Turnモード時はそのモードに従います。

32～33:Moving Speed

出力軸がGoal Positionへ動く時の速度で、単位は約0.114rpmです。
0に設定すると速度制御を無視し、モータの最大速度で運転します。
1023に設定すると約117.07rpmで運転します。

Wheelモード時は10bit目が回転方向を意味します。

Sing = 0 : CCW, 1 : CW

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

出力軸の現在の角度です。Goal Positionと同様0(0x000)～4095(0xfff)の値に対し、0°～360°を表します。

Wheelモードでは総回転角度を表します。

38～39:Present Speed

出力軸の現在の角速度です。 ビット10は回転方向を表します。

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

40～41:Present Load

操作するDynamixelの負荷の大きさです。10bit目が負荷の向きを表します。

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

42:Present Voltage

現在のDynamixelに供給されている電圧です。値は実際の電圧の10倍です。例えば、10Vは100(0x64)と表します。

43:Present Temperature

Dynamixelの内部温度(℃)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が設定され、ACTIONコマンドによって格納されたインストラクションが完了したら0が設定されます。

46:Moving

Goal Positionが更新され、Dynamixelが目標位置へ移動している間に1となります。

47:Lock

1が設定されるとAddress24からAddress35以外のエリアが書き換え不能となります。ロックを解除する方法は、電源を切る以外にありません。

48～49:Punch

操作時にモータに供給される最小の電流です。初期値は0x20に設定されていて、最大値は0x3ffです。

68～69:Current

現在の電流値です。 単位は4.5mAです。

値が2048より大きい場合は+方向に、2048より小さい場合は-方向に電流が流れている事を意味します。

70:Torque Control Mode Enable

※MX-64及びMX-106のみ
0が設定されるとトルク制御モードが停止し位置決め制御ないしエンドレスターンが使用できます。
1が設定されるとトルク制御モードが開始され、位置決め制御ないしエンドレスターンが使用できなくなります。
トルク制御モードは位置及び速度制御を行わずにGoal Torqueで指示された値でのみ運転します。

71～72:Goal Torque

※MX-64及びMX-106のみ
トルク制御モード時のトルクを指定します。単位は4.5mAです。
0～1023の範囲でCCW方向、1024～2047の範囲でCW方向にトルクを指示します。なお、Torque Limit以上の値は出力されません。

73:Goal Acceleration

目標加速度で、単位は 8.583 deg/sec^2 です。Goal Positionが更新された際のメカニカルなショックを抑止する場合に設定します。
0に設定すると加速度制御を行いません。また、加速度制御を行う場合は、Goal Speedを0以外の値に設定する必要があります。

Wheelモード

Address 6(0x06)～9(0x09)のCW Angle LimitとCCW Angle Limitを0に設定するとWheelモードになります。車輪として使用する際にこのモードに設定します。

Moving Speedの設定

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

Present Positionは車輪の総回転角度を表します。 値はCCW方向に回転すると減少、CW方向に回転すると増加し、積算されます。値が0を下回ると65535になり、65535を超えると0になります。

Multi Turnモード

Address 6(0x06)～9(0x09)のCW Angle LimitとCCW Angle Limitを4095に設定するとMulti Turnモードになります。通常の位置決め制御時の範囲である-180°～180°を超えて、-2520°～2520°の位置決め制御を行う際にこのモードに設定します。

Goal Positionの設定