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• GyroM5は、ドリフトRCカーのステアリングジャイロを開発かいはつボードM5AtomMatrix / M5StickCで自作じさくするためのオープンソースソフトウェアです。
• 本格ほんかく的てきなPID制御せいぎょアルゴリズムの採用さいようにより、ステアリングのアシスト機能きのうを高たかい自由じゆう度どで設定せっていできます。
• M5AtomMatrixにファームウェアGyroM5Atom.inoをインストールしてRCユニットと接続せつぞくすれば完成かんせいです。
• M5StickCにファームウェアGyroM5Stick.inoをインストールしてRCユニットと接続せつぞくすれば完成かんせいです。

GyroM5搭載とうさいのタミヤ製せいRCカー（SU-01シャーシ）がRWDドリフト走行そうこうするデモ動画どうがです。

GyroM5（v1/v2ファームウェア）は、以下いかのユニークな特徴とくちょうを備そなえています。 PID制御せいぎょは、汎用はんよう的てきなフィードバック制御せいぎょアルゴリズムであり、パラメータ4個この調整ちょうせいにより自由じゆう度どの高たかいセッティングが可能かのうです。

• フィードバック制御せいぎょ機能きのう
  車体しゃたいヨーレートを目標もくひょう値ちに近付ちかづけるように操舵そうだ角かくを自動じどう制御せいぎょ（PID制御せいぎょ）します。
• 制御せいぎょパラメータ設定せってい機能きのう
  フィードバック制御せいぎょのパラメータをスマホから設定せっていして保存ほぞんできます。
• リモートゲイン調整ちょうせい機能きのう
  フィードバック制御せいぎょのパラメータをCH3からリモート調整ちょうせいできます。
• エンドポイント設定せってい機能きのう
  ステアリング角度かくどのエンドポイントを設定せっていして保存ほぞんできます。
• スマートフォン連携れんけい機能きのう（v2）
  WiFi通信つうしんによりスマートフォン経由けいゆでジャイロ設定せっていが可能かのうです。
• サーボ周波数しゅうはすう可変かへん機能きのう（v2）
  サーボ用ようのPWM周波数しゅうはすうとPID制御せいぎょ周期しゅうきを50Hzへるつ〜400Hzへるつの範囲はんいで変更へんこうできます。
• 走行そうこうデータ表示ひょうじ機能きのう（v2）
  PID制御せいぎょデータ（目標もくひょう値ち、入出力にゅうしゅつりょく）をLCD画面がめんにグラフ表示ひょうじできます。
• 走行そうこうデータ保存ほぞん機能きのう（v2）
  WiFi通信つうしんによりPID制御せいぎょデータをCSVファイルでダウンロードできます。
• 鉛直えんちょく方向ほうこう検出けんしゅつ機能きのう（v2）
  起動きどう時じに鉛直えんちょく方向ほうこうを自動じどう検出けんしゅつするので、ジャイロのシャーシ固定こてい方向ほうこうに制約せいやくがありません。
• 時刻じこく表示ひょうじ機能きのう（v2）
  現在げんざい時刻じこくをLCD画面がめんに表示ひょうじできます。

GyroM5の利用りように必要ひつようなハードウェアの要件ようけんを列挙れっきょします。

• ホビー用ようRCカー　
  標準ひょうじゅん的てきなRCユニットを搭載とうさいして、受信じゅしん機きとステアリング用ようサーボを3線せん（-+S）で接続せつぞくするRCカーです。
• 標準ひょうじゅん的てきパソコン
  Arduino IDEをインストールでき、USBインターフェイスを備そなえるスケッチ書かき込こみ用ようパソコンです。
• M5StickC
  LCD解像度かいぞうどの低ひくい方ほうが"M5StickC"です。高たかい方ほうの"M5StickC Plus"ではありません。
• ワイヤハーネス部品ぶひん
  サーボ延長えんちょうケーブルを1本ほん、オス型がたピンヘッダを1個いっこ（8ピン以上いじょう）使つかいます。
• ハンダ付づけ機材きざい
  ワイヤハーネスの組くみ立たてに使つかいます。

M5StickCやワイヤハーネス部品ぶひんは、Amazon等とうのネット通販つうはんで入手にゅうしゅ可能かのうです。

GyroM5の使つかい方かた（本体ほんたい準備じゅんび、初期しょき設定せっていから通常つうじょう利用りようの流ながれ）を概説がいせつします。 RCユニットとの接続せつぞく方法ほうほう、M5StickCの起動きどう方法ほうほう、制御せいぎょパラメータの調整ちょうせい方法ほうほうは後半こうはんを参照さんしょうください。

1. 手持てもちのパソコンにArduino IDE（開発かいはつ環境かんきょう）をインストールする
2. Arduino IDEの開発かいはつボード設定せっていをESP32/M5StickC向むけに変更へんこうする
3. パソコンとM5StickC開発かいはつボードをUSBケーブルで接続せつぞくする
4. ファームウェアGyroM5Stick.inoをArduino IDE経由けいゆでM5StickCへ書かき込こむ
5. GyroM5（M5StickC）をRCカーに固定こてい（LCD画面がめんが上向うわむき）してRCユニットと接続せつぞくする

1. RCユニットの電源でんげんを入いれる
2. GyroM5のHOME画面がめんが出でるの水平すいへい状態じょうたい、RC無む操作そうさで待まつ
3. GyroM5の操舵そうだエンドポイントを設定せっていする
4. GyroM5のPID制御せいぎょパラメータを設定せっていする（初期しょき値ち：KG=50、KP=50、KI=30、KD=10）
5. RCカーを走はしらせて、必要ひつようによりPID制御せいぎょパラメータを微ほろ調整ちょうせいする

1. RCユニットの電源でんげんを入いれる
2. GyroM5のHOME画面がめんが出でるのを水平すいへい状態じょうたい、RC無む操作そうさで待まつ
3. RCカーを走はしらせて、必要ひつようによりPID制御せいぎょパラメータを微ほろ調整ちょうせいする

GyroM5の詳くわしい解説かいせつを記しるします。

GyroM5利用りよう時じのM5StickCの入出力にゅうしゅつりょくピン（GPIO端子たんし）とRCユニット（受信じゅしん機き、サーボ）端子たんしとの接続せつぞく方法ほうほうは下記かきの通とおりです。

ワイヤハーネス（接続せつぞくケーブル）は、CH1入出力にゅうしゅつりょく用ようにRCサーボ用ようのコネクタ付つき延長えんちょうケーブル1本ほんを中央ちゅうおうで切断せつだんして、8ピンヘッダ（オス）とハンダ付づけすれば完成かんせいです。

ゲイン調整ちょうせい用ようにCH3入力にゅうりょくを利用りようする場合ばあい、信号しんごう線せん（単線たんせん）のみ受信じゅしん機きCH3とG32を接続せつぞくすれば機能きのうします。 なおCH3をジャイロに接続せつぞくしない場合ばあい、ジャイロはPID制御せいぎょの静的せいてきなパラメータ表ひょうのみ参照さんしょうします。

信号しんごうの電圧でんあつレベルに関かんしては、M5StickC側がわが3.3Vなのに対たいして、RCユニット側がわが通常つうじょう5.0V以上いじょうと高たかくなる点てんに十分じゅうぶんご注意ちゅういください。 テスト環境かんきょう（タミヤ製せいTRE-01、HobbyWing製せいQuicRUN-1060）では、直結ちょっけつで問題もんだいなく動うごいていますが、許容きょよう範囲はんい内ないでも保証ほしょう範囲はんい外がいと思おもいます。 たとえばRCユニット側がわの電圧でんあつレベルが6Vを超こえる場合ばあい、レベルコンバータを省略しょうりゃくするとM5StickCが破損はそん（不ふ可逆かぎゃくに故障こしょう）する恐おそれがあります。

M5StickCのGPIO端子たんしは、プログラムにより自由じゆうに変更へんこうできますが、G0端子たんしを入力にゅうりょく用ように使つかうことは避さけたほうが良よいです。 G0端子たんしは、内部ないぶ的てきにプルアップされており、電源でんげん投入とうにゅう時じにG0端子たんしがLowレベルだとM5StickCが起動きどうしないことがありました。 G0端子たんしが出力しゅつりょく用ようの場合ばあい、相手あいて側がわの端子たんしが入力にゅうりょく用ようのハイインピーダンスとなるので、この問題もんだいを回避かいひできるようです。

GyroM5は、RCユニットの電源でんげんと連動れんどうして起動きどう、停止ていしします。

ただしM5StickCは、電源でんげん管理かんりに不具合ふぐあいが残のこっており、素直すなおに起動きどうしない場合ばあいがあります。 原因げんいんは、電源でんげん管理かんりチップAXPの不具合ふぐあい、内蔵ないぞうバッテリの電圧でんあつ低下ていか、GPIOピンの電圧でんあつレベル等とうに起因きいんするそうです。 キーワード「M5StickC　起動きどうしない」のGoogle検索けんさくで、複数ふくすうの対処たいしょ方法ほうほうが見みつかりますので、トラブル解決かいけつの参考さんこうにしてください。

自分じぶんのテスト環境かんきょうでも、起動きどうに失敗しっぱいする場合ばあいが起おきましたが、M5StickCのワイヤハーネスを取とり外はずしてUSB給電きゅうでんすると高こう確かく率りつで起動きどうします。 M5StickC関連かんれんブログ記事きじに「G0と3V3を直結ちょっけつしてUSB給電きゅうでんすれば起動きどう」や「電源でんげん投入とうにゅう時じのG0電圧でんあつに応おうじてリセット動作どうさ」等とうの記載きさいがあります。 内蔵ないぞうバッテリの充電じゅうでん不足ふそくを除のぞいた場合ばあい、電源でんげん投入とうにゅう時点じてんのGPIOピン（おそらくはG0ピンの）電圧でんあつによりM5StickC起動きどうの成否せいひが決きまるようです。

なおジャイロ起動きどうに成功せいこう後ご、電源でんげんオフ操作そうさは不要ふようです。 GyroM5プログラムは、5Vin端子たんしでBEC電圧でんあつの低下ていかを検出けんしゅつすると電源でんげんをオフします。

GyroM5Stickは、5種類しゅるいの画面がめん状態じょうたいを遷移せんいします。状態じょうたい遷移せんいは、ボタン[A]、[B]操作そうさ及およびタイムアウト時じに発生はっせいします。

• 「HOME」が、ホーム画面がめんとなり、この状態じょうたいからボタン[A]で「WIFI」へ、ボタン[B]で「ENDS」へ遷移せんいします。
• 「WIFI」は、WiFiアクセスポイント兼けんWWWサーバとなり、スマートフォン等とうのWWWクライアントの要求ようきゅうに対応たいおうします。
• 「ENDS」は、ステアリングCH1のエンドポイント（ステアリング用ようサーボ角度かくどの上下じょうげ限げん値ち）を設定せっていします。
• 他たの状態じょうたいの場合ばあい、ボタン操作そうさが画面がめんに表示ひょうじしてあるか、無む操作そうさのタイムアウトでホーム状態じょうたい「HOME」へ戻もどります。

WiFi機能きのうを利用りようする場合ばあい、GyroM5のボタン[A]を押おしてください。GyroM5は、WIFIモードに入はいるとWiFiアクセスポイント兼けんWWWサーバとして機能きのうします。 スマホからGyroM5のWiFiアクセスポイントへ接続せつぞく後ご、LCD画面がめんのIPアドレスまたはQRコードで指定していされるURLを開ひらくと以下いかの画面がめんが表示ひょうじされます。 なおWiFi接続せつぞくに成功せいこう後ご、画面がめん表示ひょうじに失敗しっぱいする場合ばあいは「モバイルデータ通信つうしんを一時いちじ的てきにOFF」にしてください。 モバイルデでータ通信たつうしんがONの場合ばあい、スマホによりインターセット接続せつぞくが有効ゆうこうでないWiFi通信つうしんへルーティングしません。 この画面がめんから各種かくしゅパラメータの設定せってい機能きのう、走行そうこうデータのダウンロード機能きのうを利用りようできます。 パラメータの設定せってい後ご、GyroM5は通常つうじょうのPID制御せいぎょモード「HOME」へ自動じどう復帰ふっきします。

GyroM5チューニング時じの参考さんこう情報じょうほうとして、制御せいぎょアルゴリズムを解説かいせつします。

GyroM5は、汎用はんよう的てきなフィードバック制御せいぎょアルゴリズムのPID制御せいぎょ（下図したずはWikipediaから引用いんよう）を利用りようします。

PID制御せいぎょにおける目標もくひょう値ちr、出力しゅつりょく値ちyおよび操作そうさ量りょうuとRCカー（Plant/Process）の関係かんけいは以下いかのとおりです。

• 目標もくひょう値ち: r = ch1_in = RC受信じゅしん機きからのCH1入力にゅうりょく
• 出力しゅつりょく値ち: y = kg*wz = RCカーの車体しゃたいヨーレート
• 操作そうさ量りょう: u = ch1_out = RCサーボへのCH1出力しゅつりょく

つまりRC受信じゅしん機き（送信そうしん機き）からのCH1入力にゅうりょくrを車体しゃたいヨーレートyの目標もくひょう値ちと解釈かいしゃくして、 両者りょうしゃの偏差へんさeをゼロに近ちかづけるフィードバック制御せいぎょにより、サーボへのCH1出力しゅつりょくuを自動じどう調整ちょうせいします。

• 偏差へんさ: e = r - y = ch1_in - Kg*wz
• 操作そうさ量りょう: u = PID(e) = Kp * (e) + Ki * INT(e) + Kd * DOT(e)

INTは積分せきぶん演算えんざん子こ、DOTは微分びぶん演算えんざん子こを意味いみします。

フィードバック制御せいぎょの結果けっか、グリップ走行そうこう時じはニュートラルステアに近ちかい回かい頭あたま性せい、ドリフト走行そうこう時じはヨーレートの安定あんてい性せいを期待きたいできます。

PID制御せいぎょのパラメータ（Kg、Kp、Ki、Kd）は、走行そうこうコンディションにより調整ちょうせいすべきであり、LCD画面がめんで確認かくにん＆変更へんこうできます。 PID制御せいぎょの整数せいすう値ち（大文字おおもじ）は、数値すうちを0〜100に規格きかく化かしており、PID制御せいぎょの実じつ数値すうち（小文字こもじ）との関係かんけいは以下いかの通とおりです。

• 角速度かくそくど"wz"は（ラジアン/秒びょう）単位たんい:
  慣性かんせいセンサ（IMU）計測けいそく値ちをセンサ感度かんどに応おうじて物理ぶつり量りょうへ変換へんかんした数値すうちです。
• 入出力にゅうしゅつりょく"ch1"は16ビット数すう（0〜64k）:
  PWMパルス幅はば（0ms〜20ms=1000ms/50Hzへるつ）を示しめす16ビット数すう（0〜2^16-1）です。
• 観測かんそくゲイン: Kg = KG/20.0
  大おおきくするとヨーレートに敏感びんかんとなり、ステアリング量りょうに対たいする目標もくひょうヨーレートは小ちいさくなります。
• 比例ひれいゲイン: Kp = KP/50.0
  大おおきくするとカウンタステア量りょうが多おおくなりますが、大おおきすぎるとハンチングします。
• 積分せきぶんゲイン: Ki = KI/250.0
  大おおきくするとカウンタステア応答おうとうが遅おそくなりますが、最終さいしゅう的てきな偏差へんさを減へらせます。
• 微分びぶんゲイン: Kd = KD/5000.0
  大おおきくするとカウンタステア応答おうとうが早はやくなりますが、大おおきすぎるとハンチングします。

テスト用ようRCカーの場合ばあい、設定せってい値ち「KG=50、KP=60、KI=30、KD=10」程度ていどでドリフト走行そうこうできました。 なお特別とくべつな設定せってい値ち「KG=KI=KD=0、KP=50」は、制御せいぎょなし「入力にゅうりょくを出力しゅつりょくへスルー：u=r」と同おなじです。

作者さくしゃのようにSU-01シャーシでRWDドリフト走行そうこうを試こころみる人ひとは少すくないと思おもいますが、 参考さんこうまでにテスト用ようRCカー、ユニット及およびジャイロ搭載とうさい例れいの写真しゃしんと諸しょ元もとを記しるします。

ドリフト走行そうこうに関連かんれんする注意ちゅうい点てんを列挙れっきょします。

• シャーシに関かんしては、ステアリング用ようナックルとシャーシの干渉かんしょう部分ぶぶんを削けずりステアリング角度かくどを45度どぐらいまで増ふやしました。
• サーボに関かんしては、ファインスペック付属ふぞくのTSU-03だと制御せいぎょが遅おくれてハンチングしたので、ある程度ていどの高速こうそくなサーボが必要ひつようです。
• モータに関かんしては、ノーマルだとLiPoバッテリと組くみ合あわせないと、スピードが出でたときにトルク不足ふそくでドリフト移行いこうが難むずかしいです。
• タイヤに関かんしては、駆動くどう系けいが非力ひりきなので、なるべく滑すべりやすいタイヤが良よいです。

RCカー用ようジャイロ自作じさくを通とおして、気付きづいた改良かいりょうアイデアなどを列挙れっきょします。 いずれ対応たいおうしたいと思おもいますが、趣味しゅみで開発かいはつしているので、いつ対応たいおうできるか分わかりません。 ご自身じしんで改良かいりょうにチャレンジすれる際さいの参考さんこうになれば幸さいわいです。

• パラメータ設定せっていのスマホ対応たいおう（v2対応たいおう）　
  スマホのGUI画面がめんからジャイロ設定せってい（PIDゲイン等とう）を複数ふくすう管理かんりして変更へんこう可能かのうとする。
• パラメータ調整ちょうせいの完全かんぜん自動じどう化か
  車体しゃたい、路面ろめんやタイヤに応おうじたPIDゲインの最適さいてき化かを強化きょうか学習がくしゅうなどで完全かんぜん自動じどう化かする。
• スロットル制御せいぎょのアシスト
  ドリフト走行そうこうの安定あんてい化かには、ステアリングとスロットルの同時どうじ制御せいぎょが必要ひつようです。
• 加速度かそくどセンサの有効ゆうこう利用りよう
  ヨーレートと水平すいへい加速度かそくどから車体しゃたいスリップ角かくを推定すいていしてトラクション制御せいぎょを高度こうど化かする。
• ジャイロ固定こてい方向ほうこうの自動じどう検出けんしゅつ（v2対応たいおう）
  鉛直えんちょく方向ほうこうを起動きどう時じに自動じどう検出けんしゅつして車体しゃたいヨーレート成分せいぶんを決定けっていする。
• PWM入力にゅうりょく方式ほうしきの改良かいりょう（v2対応たいおう）
  PWM入力にゅうりょくにブロック方式ほうしきの関数かんすうpulseIn(...)を廃止はいしして割わり込こみ方式ほうしきへと変更へんこうする。
• 外部がいぶ電源でんげんとの完全かんぜん連動れんどう（v2対応たいおう）
  M5StickCの内蔵ないぞうバッテリーを無効むこう化かして、RCアンプBECの給電きゅうでんのみでオン/オフ動作どうささせる。
• 走行そうこうデータの記録きろく分析ぶんせき（v2対応たいおう）
  走行そうこうデータをSDカード等とうに記録きろくして事後じご分析ぶんせきできるようにする（M5StickCからM5Stackへ変更へんこう？）。
• サーボ周波数しゅうはすう可変かへん機能きのう（v2対応たいおう）
  サーボPWM周波数しゅうはすうをパラメータで変更へんこう可能かのうとする。

M5StickCは、WiFi/Bluetoothを備そなえる点てん、外部がいぶGPIOが5本ほんある点てん、6軸じくIMUを備そなえる点てん、割わり込こみ処理しょりできる点てんから、 ほとんどの改良かいりょう案あんはハードウェア的てきには実現じつげん可能かのうと思おもいますので、あとはソフトウェアつまりアイデア次第しだいだと思おもいます。

作者さくしゃは、コロナ禍かで屋内おくない遊あそびをさがす中なか、初代しょだいグラスホッパー（笑）以来いらいめっちゃ久ひさしぶりにRCカーキット（小型こがたのタミヤSU-01シャーシ）を購入こうにゅうしました。 購入こうにゅう後ご、RCカー系けいYouTubeチャンネルを見みて、子こども時代じだいに存在そんざいしなかったドリフト用ようRCカー（通称つうしょう、ドリラジ）の動うごきに興味きょうみを持もちました。 ツルツルのタイヤで横滑よこすべりさせながらRCカーを走はしらせるアレです。 ドリフト用ようRCカーは、ジャンルとして確立かくりつしており、たとえばヨコモYD-2のように専用せんよう設計せっけいで完成かんせい度どの高たかい製品せいひんが存在そんざいします。 純粋じゅんすいにRCカーのドリフト走行そうこうを楽たのしみたければ、ドリフト専用せんようのシャーシやジャイロ製品せいひんを入手にゅうしゅするのが最短さいたんコースです。

自分じぶんの場合ばあい、ドリラジの存在そんざいに気付きづいたのがRCカーキット購入こうにゅう後ごだったこと、 どんなRCカーでも上手うまく制御せいぎょできればドリフト走行そうこう（を安定あんてい化か）可能かのうと信しんじていたことから、 タミヤ最さい安やす（実じつ売うれ価格かかく≒4K円えん）のSU-01シャーシを自作じさくジャイロで制御せいぎょしてドリフト走行そうこうにチャレンジしました。 やや回まわり道みちしましたが、ほぼノーマル（舵かじ角かくを増ふやしただけ）のSU-01シャーシでドリフト走行そうこうできました。

RCカー用ようジャイロの自作じさくは、プログラムやパラメータの変更へんこうによりRCカーの走行そうこう特性とくせいを変かえられるので楽たのしい開発かいはつでした。 RCカー好すきの人ひとなら自作じさくジャイロの操縦そうじゅう性せいを楽たのしみつつ、プログラミングや制御せいぎょアルゴリズムを習得しゅうとくする良よい素材そざい（STEM教育きょういくの素材そざい）と思おもいます。 趣味しゅみでRCカーやプログラミングを楽たのしむ若わかい人ひとが増ふえて欲ほしいとの願ねがいから、開発かいはつしたRCカー用ようジャイロGyroM5のソースコードを公開こうかいします。 この記事きじを参考さんこうに、部品ぶひんを集あつめてGyroM5を再現さいげんする人ひと、改造かいぞうして「オレ専用せんようジャイロ」を開発かいはつする人ひと、が出でてくれば自分じぶんはハッピーです。

(^_^)

RCカー用ようジャイロGyroM5の開発かいはつにあたり、参考さんこうにした資料しりょうなどを列挙れっきょします。 「元気げんきっ子こさん」は、初心者しょしんしゃに親切しんせつなラジコン屋やさんで、作者さくしゃがGyroM5搭載とうさいカーの試験しけん走行そうこう、ヨコモYD-2の体験たいけん走行そうこう等とうでお世話せわになっています。

• ヨコモYD-2
• タミヤSU-01
• RCカー練習れんしゅう場じょう「元気げんきっ子こさん」

• 自動車じどうしゃの運動うんどうと制御せいぎょ
• 車両しゃりょう運動うんどうの安定あんてい性せい解析かいせきと制御せいぎょへの応用おうよう
• On the dynamics of automobile drifting
• Analysis and control of high sideslip manoeuvres
• Stabilization of steady-state drifting for a RWD vehicle

• M5StickC Library
• M5StickC非公式ひこうしき日本語にほんごリファレンス
• M5Stack公式こうしきドキュメント
• Arduino IDE
• PID Controller - Wikipedia

• M5StickC本体ほんたい例れい
• ピンヘッダ（オス）例れい
• サーボ延長えんちょうケーブル例れい

以上いじょう