XYテーブルの原点復帰（Homing）をPythonで実装する方法【XYテーブル自作第7回】

XYテーブル製作シリーズ第7回

はじめに：電源投入後の「原点復帰」で現在位置を確定する
リミットスイッチとは・今回の配線
1. 今回の配線
Pythonで原点復帰を実装する
フルコードのダウンロードと動作
まとめと次回予告
1. 次に読む記事
よくある質問（FAQ）
XYテーブル製作シリーズ（全12回）
1. 補足記事
シリーズ記事一覧

はじめに：電源投入後の「原点復帰」で現在位置を確定する

前回でX軸・Y軸を同時に動かせるようになりましたが、まだ「現在位置が分からず、安全制御がない」状態です。多くの工作機械は電源投入後に原点復帰（Homing）を行い、機械の基準位置を確定します。今回はそれをXYテーブルに実装します。

この記事で分かること

リミットスイッチ（機械の端を検出するセンサー）の役割と、NC（ノーマルクローズ）配線
原点復帰の流れ：原点方向へ移動 → スイッチON → 停止 → バックオフ → 現在位置0mm確定
X軸・Y軸の原点復帰を threading で同時実行する仕組み
軸ごとに原点方向（homing_dir）を分ける理由
フルコード（XY_safe_move.py、ZIP配布）と動作動画

リミットスイッチとは・今回の配線

リミットスイッチは「機械の端（移動限界）をスイッチが押されることで検出するセンサー」です。XYテーブルではX軸・Y軸の端に1個ずつ設置します。使用するのはオムロン製 D2JW-01K1A1 です。

オムロン D2JW-01K1A1 リミットスイッチの外観 — D2JW-01K1A1

今回の配線

X_LIMIT = 4    # X軸リミットスイッチ
Y_LIMIT = 14   # Y軸リミットスイッチ
# リミットスイッチは NC（ノーマルクローズ）で接続

A4988ドライバー2台とX軸・Y軸のリミットスイッチをRaspberry Piに接続した結線図 — リミットスイッチを加えた結線図

なぜNC（ノーマルクローズ）か：通常時は電流が流れており、スイッチが押されると接点が開いて電流が止まります。ケーブルが断線したときも電流が止まるため異常として検知でき、安全側に倒れる「フェイルセーフ」設計になります。

Pythonで原点復帰を実装する

① 原点復帰を開始する関数（X・Yを別スレッドで）

def start_homing():
    threading.Thread(
        target=homing_axis,
        args=("X軸", X_STEP, X_DIR, X_EN, X_LIMIT,
              X_MS1, X_MS2, X_MS3, X_RESET, X_SLEEP),
        daemon=True
    ).start()

    threading.Thread(
        target=homing_axis,
        args=("Y軸", Y_STEP, Y_DIR, Y_EN, Y_LIMIT,
              Y_MS1, Y_MS2, Y_MS3, Y_RESET, Y_SLEEP),
        daemon=True
    ).start()

X軸・Y軸の原点復帰を別スレッドで実行するため、両軸が同時に原点復帰します。

② 原点方向の設定（軸ごとに分ける）

if axis_name == "X軸":
    homing_dir = GPIO.HIGH
    backoff_dir = GPIO.LOW
else:
    homing_dir = GPIO.LOW
    backoff_dir = GPIO.HIGH

X軸は左方向、Y軸は下方向、のように軸ごとに原点方向が異なることがあるため、軸名で方向を切り替えます。

③ 原点探索：スイッチが押されるまで移動

while GPIO.input(limit_pin) == GPIO.LOW:
    GPIO.output(STEP, GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.001)
    GPIO.output(STEP, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.001)

④ バックオフ：少し逆方向へ戻す

スイッチを押した状態のままだと次の動作ができないため、少しだけ逆方向へ戻します（バックオフ）。その位置を current_pos[axis_name] = 0.0 として現在位置の基準にします。

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

current_pos[axis_name] = 0.0   # 原点位置を確定