Pythonで2軸制御！ラズパイでX軸・Y軸のステッピングモーターを動かす方法（自作CNC #4）

はじめに
ハードウェア配線
1. プログラムの前にVref調整（重要）
Pythonプログラム
よくあるトラブル
1. これで出来ること
次回予告
XYテーブル製作シリーズはこちらから

はじめに

前回、1mm単位で正確に動かす「距離の制御」をマスターしました。今回は、その仕組みをもう1セット増やして、いよいよ「XYテーブル（2軸）」としての形を作っていきます！

モーターが2台になると、配線やプログラムの管理が少し複雑になります。しかし、ここを乗り越えれば「点」の動きが「面」の動きに変わり、文字を書いたり絵を描いたりできる装置へと一気に近づきます。効率的な増設と制御のコツを詳しく見ていきましょう。

今回は：　X軸とY軸を個別に動かせる状態を作る

最終目標はGUI付き(WINDOW付き)制御プログラムですが、
まずはその土台を作ります。

ハードウェア配線

画像の一部は raspberrypi.zyx さんより引用させて頂きました。

プログラムの前にVref調整（重要）

A4988を購入状態で使用すると焼損のリスクがあります。
必ずVref調整を実施しましょう。

A4988のVref調整手順を詳しく解説しています。

Pythonプログラム

import RPi.GPIO as GPIO
import time

# =====================================================
# GPIO モード設定
# =====================================================
GPIO.setmode(GPIO.BCM)

# =====================================================
# X軸 PIN設定
# =====================================================
X_STEP  = 21
X_DIR   = 20
X_EN    = 16
X_MS1   = 17
X_MS2   = 27
X_MS3   = 22
X_RESET = 5
X_SLEEP = 6

# =====================================================
# Y軸 PIN設定
# =====================================================
Y_STEP  = 2
Y_DIR   = 26
Y_EN    = 18
Y_MS1   = 23
Y_MS2   = 24
Y_MS3   = 25
Y_RESET = 12
Y_SLEEP = 13

# =====================================================
# モーション設定（将来互換）
# =====================================================
BELT_PITCH = 2.0
PULLEY_TEETH = 32
FULL_STEPS_PER_REV = 200
MICROSTEP = 16

MM_PER_REV = BELT_PITCH * PULLEY_TEETH
STEPS_PER_REV = FULL_STEPS_PER_REV * MICROSTEP
STEPS_PER_MM = STEPS_PER_REV / MM_PER_REV


# =====================================================
# GPIO 初期化関数（rev4互換）
# =====================================================
def gpio_init_axis(STEP, DIR, EN, MS1, MS2, MS3, RESET, SLEEP):

    pins = [STEP, DIR, EN, MS1, MS2, MS3, RESET, SLEEP]

    for pin in pins:
        GPIO.setup(pin, GPIO.OUT)

    GPIO.output(RESET, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(SLEEP, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(EN, GPIO.LOW)

    # 1/16 マイクロステップ
    GPIO.output(MS1, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(MS2, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(MS3, GPIO.HIGH)


# =====================================================
# 軸移動関数（一定速度）
# =====================================================
def move_axis(axis_name,
              STEP, DIR, EN,
              MS1, MS2, MS3,
              RESET, SLEEP,
              distance_mm):

    gpio_init_axis(STEP, DIR, EN, MS1, MS2, MS3, RESET, SLEEP)

    steps = int(distance_mm * STEPS_PER_MM)

    if steps <= 0:
        print(f"{axis_name}：移動量が小さすぎます")
        return

    print(f"{axis_name} を {distance_mm} mm 移動します")

    # 軸ごとの正転方向（rev4と合わせる）
    if axis_name == "X軸":
        GPIO.output(DIR, GPIO.LOW)
    else:
        GPIO.output(DIR, GPIO.HIGH)

    for _ in range(steps):
        GPIO.output(STEP, GPIO.HIGH)
        time.sleep(0.001)
        GPIO.output(STEP, GPIO.LOW)
        time.sleep(0.001)

    GPIO.output(EN, GPIO.HIGH)

    print(f"{axis_name} 移動完了")


# =====================================================
# メイン処理
# =====================================================
try:
    # X軸 20mm
    move_axis("X軸",
              X_STEP, X_DIR, X_EN,
              X_MS1, X_MS2, X_MS3,
              X_RESET, X_SLEEP,
              20)

    time.sleep(1)

    # Y軸 20mm
    move_axis("Y軸",
              Y_STEP, Y_DIR, Y_EN,
              Y_MS1, Y_MS2, Y_MS3,
              Y_RESET, Y_SLEEP,
              20)

finally:
    GPIO.cleanup()
    print("GPIO cleanup 完了")

この記事で使用したコードはこちらからダウンロードできます。

XY_Move.py をダウンロード（ZIP）

よくあるトラブル

✔ モーターが震えるだけ
→ コイル配線ミスの可能性

✔ 動かない
→ ENがHIGHのまま

✔ 異常に熱い
→ A4988の電流制限未調整

※必ず電流調整を行ってください。

これで出来ること

✅ X軸 20mm 移動
✅ Y軸 20mm 移動

次回予告

今回はただ動かすだけでしたが、次回は加減速制御を入れて動かしてみましょう
加減速制御・・・・徐々に早く　→　中間は一定速　→　徐々に遅くなる
制御しているなと思えますよね

第5回Pythonでステッピングモーターの加減速制御を実装する（XYテーブル製作シリーズ）