HighTorqueモーター制御完全ガイド

Python、C++、Rust、Arduinoでの実装を含む高性能HighTorqueモーター制御ベースライン

📋 目次

プロジェクト概要
ハードウェア準備
ソフトウェア環境セットアップ
CANバス設定
Python完全使用ガイド
C++完全使用ガイド
Rust完全使用ガイド
プロトコル詳細説明
トラブルシューティング
性能比較
高度なアプリケーション

🎯 プロジェクト概要

HighTorqueモーターとは？

Hightorqueモーターは、ロボティクスアプリケーション専用に設計されたブラシレスDCモーターシステムで、CANバス通信をサポートし、以下の用途に適しています：

🤖 ヒューマノイドロボット - 関節制御
🦾 ロボットアーム - 精密位置決め
🚗 移動ロボット - ホイール駆動
⚙️ 自動化機器 - サーボ制御

サポートされるモーターモデル

モデル	トルク	最大速度	減速比	用途
5046_20	17 Nm	50 rad/s	20:1	一般的な関節
4538_19	17 Nm	44 rad/s	19:1	軽量関節
5047_36	60 Nm	50 rad/s	36:1	重負荷アプリケーション
5047_09	17 Nm	33 rad/s	9:1	高速アプリケーション

主要機能

✅ CANバス通信 - 複数モーターの並列サポート
✅ 高精度制御 - 位置/速度/トルク三重ループ制御
✅ リアルタイムフィードバック - ステータス監視とデータ収集
✅ 安全保護 - 過電流/過電圧/過温度保護
✅ 多言語SDK - Python/C++/Rust/Arduinoサポート

🔧 ハードウェア準備

必要なハードウェアリスト

HighTorqueモーター - 最低1台
CANアダプター - USB-to-CANまたはPCIe CANカード
CANケーブル - ツイストペアシールドケーブル
120Ω終端抵抗 - バスの両端に1つずつ
電源 - 24Vまたは48V DC電源
開発ホスト - Linuxシステム（Ubuntu 20.04+推奨）

ハードウェア接続図

[Linux Host] ←USB→ [CAN Adapter] ←CAN_H/CAN_L→ [Motor1]
                                            ↓
                                    [120Ω Resistor]
                                            ↓
                                          [Motor2]

接続手順

CANアダプターをホストのUSBポートに接続
CANバス接続：
- CAN_H ←→ CAN_H（全デバイス）
- CAN_L ←→ CAN_L（全デバイス）
- GND ←→ GND（共通グランド接続）
終端抵抗の設置：
- バスの両端に120Ω抵抗を1つずつ設置
- デバイスが2台のみの場合、各デバイスに1つずつ設置
モーター電源接続：
- 赤線：+24V/+48V
- 黒線：GND
- 黄線：CAN_H
- 緑線：CAN_L

💻 ソフトウェア環境セットアップ

システム要件

オペレーティングシステム：Ubuntu 18.04+ / CentOS 7+ / Debian 10+
カーネルバージョン：Linux 4.15+（SocketCANサポート）
アーキテクチャ：x86_64 / ARM64

汎用依存関係のインストール

# Update system packages
sudo apt update && sudo apt upgrade -y

# Install basic tools
sudo apt install -y build-essential git cmake make

# Install CAN tools
sudo apt install -y can-utils

# Install Python development environment
sudo apt install -y python3 python3-pip python3-dev

# Install Rust (if needed)
curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://sh.rustup.rs | sh
source ~/.cargo/env

プロジェクトのクローン

# Clone official SDK
git clone https://github.com/Seeed-Projects/HighTorque_Control ~/HighTorque_Control
pushd ~/HighTorque_Control

# Check project structure
ls -la
# Should see: python/ cpp/ rust/ arduino/ directories

🌐 CANバス設定

1. CANカーネルモジュールの読み込み

# Check if modules are loaded
lsmod | grep can

# If not loaded, load manually
sudo modprobe can
sudo modprobe can_raw
sudo modprobe can_dev

2. CANインターフェースの設定

# Shut down interface (if already open)
sudo ip link set can0 down

# Configure CAN interface parameters
sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000 restart-ms 100

# Start interface
sudo ip link set can0 up

# Check interface status
ip -details link show can0

3. CAN通信の確認

# Terminal 1: Monitor CAN messages
candump can0

# Terminal 2: Send test message
cansend can0 123#DEADBEEF

# If you see messages, configuration is successful

4. 起動時の自動開始設定

# Create configuration file
sudo tee /etc/network/interfaces.d/can0 << EOF
auto can0
iface can0 inet manual
    pre-up ip link set can0 type can bitrate 1000000 restart-ms 100
    up ip link set can0 up
    down ip link set can0 down
EOF

# Make configuration effective
sudo systemctl restart networking

トラブルシューティング

# Check interface permissions
sudo usermod -a -G dialout $USER
# Log out and log back in for effect

# Check device permissions
ls -la /dev/can*
# If no devices, check if driver is loaded correctly

# Check baud rate setting
ip -details link show can0 | grep bitrate

🐍 Python完全使用ガイド

1. 環境準備

cd python

# Install Python dependencies
pip install -r requirements.txt

# Manual dependency installation (if requirements.txt doesn't exist)
pip install python-can==4.3.1 numpy matplotlib

2. モータースキャン - 接続されたモーターの発見

# Basic scan (scan IDs 1-14)
python3 can_motor_scanner.py

# Specify scan range
python3 can_motor_scanner.py --start 1 --end 10

# Specify CAN channel
python3 can_motor_scanner.py --channel can0

# Detailed information mode
python3 can_motor_scanner.py --detailed

# Continuous monitoring mode (monitor for 30 seconds)
python3 can_motor_scanner.py --monitor 30

# Test single motor communication
python3 can_motor_scanner.py --test 1

# Save scan report
python3 can_motor_scanner.py --save scan_report.txt

期待される出力：

Initializing can0 @ 1000000bps...
✅ CAN interface connected successfully
==================================================
Starting motor ID scan (range: 1-14)...
Timeout: 0.05s per motor
Press Ctrl+C to stop at any time
==================================================
Scanning ID  1... ✅ [Response] Found motor ID: 1 (CAN ID: 0x8001)
Scanning ID  2... No response
Scanning ID  3... ✅ [Response] Found motor ID: 3 (CAN ID: 0x8003)
...
==================================================
✅ Scan completed, online motor list: [1, 3]
Total: 2 motors

3. 速度制御 - モーター回転速度の制御

# Basic speed control (control motor ID=1)
python3 velocity_acceleration_control.py --motor_id 1

# Specify CAN channel
python3 velocity_acceleration_control.py --motor_id 1 --channel can0

# Specify baud rate
python3 velocity_acceleration_control.py --motor_id 1 --bitrate 1000000

インタラクティブ制御例：

Motor 1 started! Use control commands:
- Speed: +number (e.g.: +5.0, -2.5)
- Acceleration: anumber (e.g.: a10.0)
- Stop: stop
- Query status: status
- Exit: quit

> +5.0        # Set forward 5.0 rad/s
> a8.0        # Set acceleration 8.0 rad/s²
> stop        # Smart stop
> status      # Query current status
> quit        # Exit program

4. 位置制御 - モーター角度の制御

# Interactive position control
python3 angle_stream_control.py --motor_id 1 --mode interactive

# Sine wave test
python3 angle_stream_control.py --motor_id 1 --mode sine --amplitude 1.57 --frequency 0.5

# Step test
python3 angle_stream_control.py --motor_id 1 --mode step --target 1.57

# Multi-position test
python3 angle_stream_control.py --motor_id 1 --mode multi

インタラクティブ制御例：

Motor 1 connected and enabled!
Use control commands:
- Position: pvalue (radians, e.g.: p1.57, p-0.5)
- Torque: tvalue (Nm, e.g.: t2.0, t-1.5)
- Stop: stop
- Exit: quit

> p1.57       # Rotate to 90 degree position
> t2.0        # Set 2Nm torque
> stop        # Stop motor
> quit        # Exit program

5. Pythonコード例

モータースキャンコード

#!/usr/bin/env python3
from can_motor_scanner import LivelyMotorScanner

def main():
    # Create scanner
    scanner = LivelyMotorScanner(channel='can0', bitrate=1000000)

    # Connect CAN bus
    if not scanner.connect():
        print("CAN connection failed!")
        return

    try:
        # Scan motors
        found_motors = scanner.scan_range(start_id=1, end_id=14)

        if found_motors:
            print(f"Found motors: {found_motors}")

            # Get detailed information
            for motor_id in found_motors:
                info = scanner.get_motor_info(motor_id)
                if info:
                    print(f"Motor{motor_id}: Mode={info.get('mode_name', 'Unknown')}")
        else:
            print("No motors found")

    finally:
        scanner.disconnect()

if __name__ == "__main__":
    main()

速度制御コード

#!/usr/bin/env python3
from velocity_acceleration_control import MotorVelAccController

def main():
    # Create controller
    controller = MotorVelAccController(channel='can0', motor_id=1)

    # Connect and enable motor
    if not controller.connect():
        print("Connection failed!")
        return

    controller.enable_motor()
    controller.start_control()

    try:
        # Set speed and acceleration
        controller.set_velocity(5.0)  # 5 rad/s
        controller.set_acceleration(10.0)  # 10 rad/s²

        # Run for 10 seconds
        import time
        time.sleep(10)

        # Smart stop
        controller.emergency_stop()

    finally:
        controller.disable_motor()
        controller.disconnect()

if __name__ == "__main__":
    main()

⚡ C++ 完全使用ガイド

1. 環境準備

cd cpp

# Compile all programs
make clean
make

# Or compile single program
make can_motor_scanner
make velocity_acceleration_control
make angle_stream_control

2. モータースキャン

# Scan motor IDs 1-5
./can_motor_scanner 1 5

# Scan all possible IDs
./can_motor_scanner 1 14

期待される出力：

Initializing CAN0 @ 1000000bps...
✅ CAN interface connected successfully
Starting motor ID scan (1-5)...
Scanning ID 1... ✅ Found motor ID: 1 (CAN ID: 0x8001)
Scanning ID 2... No response
Scanning ID 3... ✅ Found motor ID: 3 (CAN ID: 0x8003)
Scanning ID 4... No response
Scanning ID 5... No response
Scan completed! Online motors: [1, 3]

3. 速度制御

# Control motor ID=1
./velocity_acceleration_control 1

# Control specified ID motor
./velocity_acceleration_control 3

制御コマンド：

+number - 前進速度を設定
-number - 後退速度を設定
anumber - 加速度を設定
stop - スマート停止
quit - プログラム終了

4. 位置制御

# Interactive mode
./angle_stream_control 1 interactive

# Sine wave mode
./angle_stream_control 1 sine

# Step mode
./angle_stream_control 1 step

# Multi-position mode
./angle_stream_control 1 multi

5. C++ コード例

モータースキャンコード

#include "can_motor_scanner.h"

int main() {
    // Create scanner
    LivelyMotorScanner scanner("can0", 1000000);

    // Connect CAN bus
    if (!scanner.connect()) {
        std::cerr << "CAN connection failed!" << std::endl;
        return 1;
    }

    // Scan motors
    std::vector<int> found_motors = scanner.scan_range(1, 14);

    if (!found_motors.empty()) {
        std::cout << "Found motors: ";
        for (int id : found_motors) {
            std::cout << id << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    } else {
        std::cout << "No motors found" << std::endl;
    }

    scanner.disconnect();
    return 0;
}

コンパイルと実行：

g++ -o scan_example scan_example.cpp -lcan
./scan_example

🦀 Rust 完全使用ガイド

1. 環境準備

cd rust

# Check if Rust is installed
rustc --version

# Compile release version
cargo build --release

# Or use Makefile
make

2. モータースキャン

# Scan specified range
./target/release/can_motor_scanner --start-id 1 --end-id 5

# Complete scan
./target/release/can_motor_scanner --start-id 1 --end-id 14

# Specify CAN channel
./target/release/can_motor_scanner --channel can0 --start-id 1 --end-id 5

3. 速度制御

# Basic speed control
./target/release/velocity_acceleration_control --motor-id 1

# Specify channel
./target/release/velocity_acceleration_control --motor-id 1 --channel can0

4. 位置制御

# Interactive mode
./target/release/angle_stream_control --motor-id 1 interactive

# Sine wave mode
./target/release/angle_stream_control --motor-id 1 sine --amplitude 1.57

# Step mode
./target/release/angle_stream_control --motor-id 1 step --target 1.57

5. Rust コード例

モータースキャンコード

use livelybot_motor_sdk::{LivelyMotorController, CanFrame};

fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    // Create controller
    let mut controller = LivelyMotorController::new("can0")?;

    // Connect CAN bus
    controller.connect()?;

    // Scan motors
    let mut found_motors = Vec::new();

    for motor_id in 1..=14 {
        if controller.ping_motor(motor_id)? {
            println!("✅ Found motor ID: {}", motor_id);
            found_motors.push(motor_id);
        } else {
            println!("❌ Motor ID: {} No response", motor_id);
        }
    }

    println!("Scan completed, found {} motors", found_motors.len());

    Ok(())
}

コンパイルと実行：

# Save as scan_example.rs
rustc --extern livelybot_motor_sdk=target/release/liblivelybot_motor_sdk.rlib scan_example.rs
./scan_example

📡 プロトコル詳細説明

CAN フレーム形式

フレームタイプ: 拡張フレーム（29ビットID）
ボーレート: 1Mbps
データ長: 8バイト
エンディアン: ビッグエンディアン

コアプロトコルコマンド

1. モータースキャン（Ping）コマンド

CAN ID: 0x8000 | motor_id
Data: [0x11, 0x00, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50]

0x8000: 高位ビットは応答が必要であることを示す
motor_id: モーターID（1-127）
0x11: 読み取りコマンド
0x00: アドレス（モーターモード読み取り）

2. 速度制御コマンド（0xAD）

CAN ID: 0x00AD
Data: [PosL, PosH, VelL, VelH, AccL, AccH, 0x50, 0x50]

PosL/PosH: 位置目標（16ビット、FACTOR_POS=10000.0）
VelL/VelH: 速度目標（16ビット、FACTOR_VEL=4000.0）
AccL/AccH: 加速度目標（16ビット、FACTOR_ACC=1000.0）
0x50: パディングバイト

3. 位置制御コマンド（0x90）

CAN ID: 0x0090
Data: [PosL, PosH, VelL, VelH, TqeL, TqeH, 0x50, 0x50]

PosL/PosH: 位置目標（16ビット、FACTOR_POS=10000.0）
VelL/VelH: 速度制限（16ビット、FACTOR_VEL=4000.0）
TqeL/TqeH: トルク制限（16ビット、FACTOR_TQE=200.0）

プロトコル係数

パラメータ	値	説明	例
FACTOR_POS	10000.0	位置変換係数	1.57 rad → 15700
FACTOR_VEL	4000.0	速度変換係数	5.0 rad/s → 20000
FACTOR_ACC	1000.0	加速度変換係数	10.0 rad/s² → 10000
FACTOR_TQE	200.0	トルク変換係数	2.0 Nm → 400
MAGIC_POS	-32768	速度モードフラグ	特別な位置値

データ変換例

位置変換

# Radians → Protocol value
position_rad = 1.57  # 90 degrees
protocol_value = int(position_rad * FACTOR_POS)  # 15700

# Protocol value → Radians
protocol_value = 15700
position_rad = protocol_value / FACTOR_POS  # 1.57

速度変換

# rad/s → Protocol value
velocity_rps = 5.0
protocol_value = int(velocity_rps * FACTOR_VEL)  # 20000

# Protocol value → rad/s
protocol_value = 20000
velocity_rps = protocol_value / FACTOR_VEL  # 5.0

🔧 トラブルシューティング

よくある問題と解決策

1. CAN インターフェースが開始できない

# Error message
Error: Cannot find device can0

# Solution
sudo modprobe can
sudo modprobe can_raw
sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000
sudo ip link set can0 up

2. 権限不足

# Error message
Operation not permitted

# Solution 1: Add user to dialout group
sudo usermod -a -G dialout $USER
# Re-login for effect

# Solution 2: Run with sudo
sudo python3 can_motor_scanner.py

3. モーターをスキャンできない

# Check hardware connection
1. Confirm 120Ω termination resistor is installed
2. Check if CAN_H/CAN_L wiring is correct
3. Confirm motor power supply is normal
4. Check if baud rate setting matches

# Verify connection with candump
candump can0
# Manually rotate motor, should see feedback messages

4. 通信が不安定

# Check signal quality
candump can0 -tA
# View error frame count

# Adjust sampling point
sudo ip link set can0 down
sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000 sample-point 0.875
sudo ip link set can0 up

5. コンパイルエラー

# Python dependency issues
pip install --upgrade pip
pip install -r requirements.txt

# C++ compilation errors
sudo apt install build-essential
sudo apt install libcan-dev

# Rust compilation errors
rustup update
cargo clean && cargo build --release

デバッグのヒント

1. Wireshark を使用した CAN 通信解析

# Install wireshark
sudo apt install wireshark

# Start packet capture
sudo wireshark -i can0

2. リアルタイムモーター状態監視

# Python continuous monitoring
python3 can_motor_scanner.py --monitor 60

# C++ real-time viewing
./can_motor_scanner 1 14 | grep "Found motor"

3. プロトコル解析

# Send raw CAN commands
import can
bus = can.interface.Bus(channel='can0', interface='socketcan')
msg = can.Message(arbitration_id=0x8001, data=[0x11, 0x00, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50, 0x50])
bus.send(msg)

推奨使用シナリオ

Python: 迅速なプロトタイピング、アルゴリズム検証、教育実験
C++: 本番環境、高性能要件、リアルタイム制御システム
Rust: 本番環境、メモリ安全性要件、長期メンテナンスプロジェクト

適切な言語の選択

初心者: Python - シンプルで使いやすく、すぐに始められる
製品開発: C++ - 高性能、リアルタイム制御
長期プロジェクト: Rust - メモリ安全、モダンな言語機能

リソース

📧 モーター公式ウェブサイト: https://hightorquerobotics.com/
🐛 プロジェクト問題フィードバック: https://github.com/Seeed-Projects/HighTorque_Control/issue
🐛 モーター公式インターフェース: https://github.com/HighTorque-Robotics/livelybot_hardware_sdk/

技術サポート & 製品ディスカッション

弊社製品をお選びいただき、ありがとうございます！弊社製品での体験ができるだけスムーズになるよう、さまざまなサポートを提供しています。さまざまな好みやニーズに対応するため、複数のコミュニケーションチャネルを提供しています。

📋 目次​

🎯 プロジェクト概要​

HighTorqueモーターとは？​

サポートされるモーターモデル​

主要機能​

🔧 ハードウェア準備​

必要なハードウェアリスト​

ハードウェア接続図​

接続手順​

💻 ソフトウェア環境セットアップ​

システム要件​

汎用依存関係のインストール​

プロジェクトのクローン​

🌐 CANバス設定​

1. CANカーネルモジュールの読み込み​

2. CANインターフェースの設定​

3. CAN通信の確認​

4. 起動時の自動開始設定​

トラブルシューティング​

🐍 Python完全使用ガイド​

1. 環境準備​

2. モータースキャン - 接続されたモーターの発見​

3. 速度制御 - モーター回転速度の制御​

4. 位置制御 - モーター角度の制御​

5. Pythonコード例​

モータースキャンコード​

速度制御コード​

⚡ C++ 完全使用ガイド​

1. 環境準備​

2. モータースキャン​

3. 速度制御​

4. 位置制御​

5. C++ コード例​

モータースキャンコード​

🦀 Rust 完全使用ガイド​

1. 環境準備​

2. モータースキャン​

3. 速度制御​

4. 位置制御​

5. Rust コード例​

モータースキャンコード​

📡 プロトコル詳細説明​

CAN フレーム形式​

コアプロトコルコマンド​

1. モータースキャン（Ping）コマンド​

2. 速度制御コマンド（0xAD）​

3. 位置制御コマンド（0x90）​

プロトコル係数​

データ変換例​

位置変換​

速度変換​

🔧 トラブルシューティング​

よくある問題と解決策​

1. CAN インターフェースが開始できない​

2. 権限不足​

3. モーターをスキャンできない​

4. 通信が不安定​

5. コンパイルエラー​

デバッグのヒント​

1. Wireshark を使用した CAN 通信解析​

2. リアルタイムモーター状態監視​

3. プロトコル解析​

推奨使用シナリオ​

適切な言語の選択​

リソース​

技術サポート & 製品ディスカッション​

📋 目次

🎯 プロジェクト概要

HighTorqueモーターとは？

サポートされるモーターモデル

主要機能

🔧 ハードウェア準備

必要なハードウェアリスト

ハードウェア接続図

接続手順

💻 ソフトウェア環境セットアップ

システム要件

汎用依存関係のインストール

プロジェクトのクローン

🌐 CANバス設定

1. CANカーネルモジュールの読み込み

2. CANインターフェースの設定

3. CAN通信の確認

4. 起動時の自動開始設定

トラブルシューティング

🐍 Python完全使用ガイド

1. 環境準備

2. モータースキャン - 接続されたモーターの発見

3. 速度制御 - モーター回転速度の制御

4. 位置制御 - モーター角度の制御

5. Pythonコード例

モータースキャンコード

速度制御コード

⚡ C++ 完全使用ガイド

1. 環境準備

2. モータースキャン

3. 速度制御

4. 位置制御

5. C++ コード例

モータースキャンコード

🦀 Rust 完全使用ガイド

1. 環境準備

2. モータースキャン

3. 速度制御

4. 位置制御

5. Rust コード例

モータースキャンコード

📡 プロトコル詳細説明

CAN フレーム形式

コアプロトコルコマンド

1. モータースキャン（Ping）コマンド

2. 速度制御コマンド（0xAD）

3. 位置制御コマンド（0x90）

プロトコル係数

データ変換例

位置変換

速度変換

🔧 トラブルシューティング

よくある問題と解決策

1. CAN インターフェースが開始できない

2. 権限不足

3. モーターをスキャンできない

4. 通信が不安定

5. コンパイルエラー

デバッグのヒント

1. Wireshark を使用した CAN 通信解析

2. リアルタイムモーター状態監視

3. プロトコル解析

推奨使用シナリオ

適切な言語の選択

リソース

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