RCサーボはラジコン用の玩具サーボで、もともとは車や飛行機のラジコン用のものでしたが、最近はロボットの関節として使われており、ラジコンメーカーからロボット専用のものも出ています。

　RCサーボにはマイコン、モータ、減速ギア、位置センサ（ポテンショメータという）で構成されており、信号によって止まる角度を変えます。

　ラジコン用では９０度の範囲までしか回転しないものがあります。また、デジタルとアナログという２つの形式があります。デジタルは信号をデジタルで処理しますので止まる位置などが比較的正確です。アナログはサーボをアナログ制御しますので価格が安いというメリットがあります。デジタルの場合は規定よりも超えた信号を入力すると、超えた部分は無視したりサーボのパワーが自動で切れたりしますが、アナログの場合は限界以上に回転しようとして破損の原因となったりします。

　ラジコン未経験でロボットを作る方に多いのに、電源の問題があります。RCサーボの駆動電源は４．８Vか６V（又はその間）のものが多いのですが、単に６Vを加えたから動くというものではなく、一般的な電子回路よりも大きな電流が流れますので

　１）電源ラインの経路が細すぎる、燃えたりする

　２）電源にアルカリ乾電池などの内部抵抗が大きいものを使い、６Vを作っても動かない

　というのがあります。２）はニッカドやニッケル水素、もしくはリチウムポリマーのようなラジコン用のバッテリを使うことで解決します。また、ACアダプタなどを使う場合は、１００Vからとっているから十分に電流が流れるだろう、と勘違いする場合が多いのですが、ACアダプタの方がバッテリなどよりも電流は流せませんので注意して下さい。ロボットの実験などで使うAC電源は無線機用の強力なものが必要です。筆者は無線用の３０Aが出力できるものを使用しています。

　RCサーボについては書籍やインターネットなどでいろいろと情報が公開されていますので検索してみてください。

　RCサーボは浅草ギ研でも販売しています。

　RCサーボからは線が３本でています。ほとんどの場合は３本が接着された３並列線になっています。また、コネクタは２．５４ｍｍピッチ（端子間の距離をピッチという）のメスになっています。

　信号線　：パルス状の信号を入力する。白、青、黄色、オレンジの色が多い。
　電源線＋：モータと基板の電源＋。３並列の真ん中の線。色は赤が多い
　電源線−：ＧＮＤ。黒か茶色が多い。

　パルスは大体１５〜２０ｍＳ周期の０．５〜２．５ｍＳ幅のＨＩＧＨパルスを加えます。パルスの幅によって回転する位置が変わります。
　
　下は一般的なサーボの駆動仕様を図にしたものです。あくまでも一般的なものであり、機種によってはことなる場合があるので注意して下さい。特に、パルスに対する回転位置と回転方向はバラバラです。あくまでも目安として下記がありｍす。
　<-あくまで一例です。


　前回は一定の間隔でLEDを点灯/消灯しました。つまり、一定の間隔で、決められた幅のHIGHのパルスを作ることも同じやりかたで実現できます。つまり、TIMERと割り込みを使います。

　パルス信号の生成時の注意ですが、サーボによっては信号入力端子が「オープンドレイン」になっているものがあります。オープンドレインの機器とマイコンを接続する場合には「プルアップ（信号線を抵抗でHIGHに接続する）」する必要があります。たとえば、近藤科学社製のロボット用サーボはオープンドレインになっていますので注意して下さい。つまり、普通にマイコンの端子を信号線につないでも、マイコンからHIGHを出力しても信号線がHIGHになりません。オープンドレインについては検索してみてください。

　RCサーボは先に説明したとおり、３種類の端子があります。ということで、RCサーボ用に３種類の端子を用意したオプションボードを用意しました。端子はプルアップされていないので注意して下さい。A33F-EXはRCサーボ用のポートが３０個あります。また、その他にDCモータなら４つ、ステッピングモータなら２つを駆動するドライバICも搭載されています。

　取り付け方法についてはA33Fのページを参照してください。

　A33F-EX2はサーボポートが３２個あり、全てオープンドレイン入力サーボ対応となっています。DCモータドライバは付いておりません。

　取り付け方法についてはA33Fのページを参照してください。

　以下、A33F-COREにA33F-EX1が接続された状態として説明します。A33F-EX2の場合も基本的には同じです。
　


＜使用するタイマーの選定＞

　使用するタイマですが、番号が小さい方のタイマは特殊機能と連携する場合がある（例えば、出力比較モジュールはTIMER2を使用する、など、）ので、なるべく大きい番号の方からつかっていくことにします。


＜パルスと割り込みの関係＞

　まず、周期２０ｍSでパルス幅が１．５ｍSのパルス、つまりサーボを中心位置にするパルスを考えて見ます。時間の測定はパルス周期とパルス幅の２つが必要になります。よって、ここではパルス周期をTIMER9、パルス幅をTIMER8で計測することにします。

　動作としては、パルス周期２０ｍSで発生する割り込みプログラムが起動したら、パルス幅を測定する割り込みを有効にすればパルスの始まりと終りを測定できることになります。

　


＜タイマーの解像度＞

　TIMER8とTIMER9は２つを合わせて３２ビットのタイマーとしても使用できますが、RCサーボの駆動程度でしたら１６ビットタイマーで十分だと思われます。


＜２０ｍSを考える（TIMER９）＞

　前ページのように、Tcy（タイマのクロック源：Fcy（CPUクロック）と同じ）を36.85MHzで動作させるとします。プリスケーラなしで、一秒間に３６，８５０，０００カウントされますので、２０ｍSだと１／５０で７３７，０００カウントとなります。これでは１６ビットでカウントできないので、プリスケーラで分周を考えます。

　１／１：７３７，０００カウント
　１／８：９２，１２５カウント
　１／６４：１１，５１５．６２５カウント
　１／２５６：約２，８７８．９カウント

　ということで１６ビットでカウントできる最大数値の６５５３５以下の、１／６４か１／２５６となります。今回は１／６４で１１，５１６カウントで約２０ｍS（プラスアルファ）という周期にします。


＜パルス幅を考える（TIMER8）＞
　パルス幅は０．５ｍS〜２．５ｍSで可変となります。プリスケーラなしだと０．５ｍSで１８，４２５、２．５ｍSで９２，１２５カウントとなります。

ということで、１／８だと１６ビットで収まり、かつ解像度も１１５１５−２３０３＝９２１２段階となります。


＜サーボパルスを出力する端子＞

　これはどこでも良いのですが、とりあえず、はじめのテスト用として一番端にあるＧ６端子を選びました。
　下はＧ６端子、マイコン的にはＲＧ６端子の拡大です。手前側がＲＧ６につながっており、真ん中の列がサーボ用電源コネクタの＋、奥の列がＧＮＤつまりサーボ用電源の−側です。逆側にもサーボ用のポートの列がありますが、逆がわはこの逆の配置になりますので注意して下さい。（基板上に白字で位置が書いてありますのでそれを参考にして下さい。）
　


　ということで書いてみたのが次のプログラムです。(右クリックで対象を保存）

　RCServo1.c

　まずはメインから解説します。行６５〜７３はいままでと変わらない部分なので説明を割愛します。
　行７４でＲＧ６を出力に設定してます。
　行７６〜８０はＴＩＭＥＲ９の設定でプリスケーラは１／６４、比較レジスタには１１５１６を入れて、割り込みを有効にすると２０ｍＳ間隔で割り込みが発生するようにしています。
　行８２〜８４はＴＩＭＥＲ８の設定です。ＴＩＭＥＲ８はパルス幅を作るので、ＴＩＭＥＲ９割り込み内で起動させます。プリスケーラは先に計算したとおり、１／８に設定しています。
　
　行９０でＴＩＭＥＲ９割り込みをスタートさせています。
　行９２〜９８はＬＥＤを３回点滅させています。いままでのプログラムでよくこれが出てくるのですが、このように「確実に動くことがわかっているプログラム」を開始時に入れることにより、デバックの手間が減ります。特に、一番初めにプログラムを転送して動かす時には思いもよらないバグがひそんでいる可能性がありますので、デバック実行する瞬間はＬＥＤをよく見て３回点滅しなかったらすばやくデバックを停止させる準備をしておくと、被害が少なくてすみます。
　パルスのHIGH/LOWは全て割り込み内で処理されるのでｍａｉｎの関数内では設定以外は特にすることはありません。今回はservoPosというグローバル変数を作り、これをサーボ位置にします。ＴＩＭＥＲ８の値は０．５ｍＳで２３０３、２．５ｍＳで１１５１５なので、2303+servoPos でパルス幅を作り、servoPosを０〜９２１２に変化させることで０．５ｍＳ〜２．５ｍＳを作ることができます。今回はservoPosが4606つまり０．５ｍSと２．５ｍSの中間位置、つまり１．５ｍSで固定のパルス幅の設定となっています。この時、RCサーボは中心位置に止まるはずです。

　次は割り込み部分です。ここは先の＜パルス幅と割り込みの関係＞のところの図そのままです。とにかく２０ｍＳごとにＲＧ６はＨＩＧＨになって、そこから設定された時間になるとＴＩＭＥＲ８割り込みが発生してＬＯＷになるというものです。
　


　さて、実際にサーボを駆動したいところですが、サーボのように大きな電流を使う機器を使う場合には、極力事故がないようにしたいものです。ということで、できれば、サーボをつなぐまえに、本当に意図したとおりのパルスが出ているかをオシロスコープなどで観察した方がよいでしょう。
　

　実行すると、１．５ｍSのパルス幅が２０ｍS間隔で出力されました。
　


　安全に動きそうな感じなので、今度はサーボをつないでみます。
　
　すると、意図したとおりに中心位置に回って止まりました。手で多少曲げようとしても中心位置を保持しつづけます。

　さて、どうやら上手くうごいていそうなので、今度はサーボの位置を動かしてみます。サーボの位置はservoPosの値を変えることによって動きます。今回使っている写真のサーボは、パルス幅の仕様が０．６ｍS〜２．４ｍSというものなので、その範囲で動かすような値をセットしてみます。先ほどのプログラムのmaiｎ関数のwaile(1)ループの中を次のように変えてみてください。
　
　実験の結果、左右に９０度づつ回転しつづけました。尚、この実験は、サーボによっては回転範囲外になる可能性があるので、このように極端な数値変化ではなく、使いたいサーボを中心位置からじょじょに曲げていってどのぐらいが限界かをたしかめて下さい。アナログサーボは仕様以上にまわろうとするものもあり、過電流が流れて非常に危険です。この場合、最悪はサーボが燃えます。ロボットを作っているとサーボが燃えることが本当によくあるので注意して下さい。
　デジタルサーボの場合は、範囲外のパルス幅を入力するとサーボが停止する場合があります。たとえば、オプションボードをＡ３３Ｆ−ＥＸ２にして近藤のデジタルサーボを駆動してみると、値４６０は無反応になりますので、一見、サーボが中心位置から動いていないように見えます。＊近藤サーボの場合は信号入力線がオープンドレインの場合が多いので、ＥＸ２でないと動かないものもあるので注意。

　ＲＣサーボの最高回転速度はサーボによって違います。サーボの仕様に速度があるので確かめてみてください。逆にゆっくり動かすのはプログラムで制御できます。

　サーボは２０ｍＳ間隔（又はサーボの仕様の間隔）で自分の位置を制御しつづけます。ということは、時間をかけて少しずつパルス幅を変えれば見た目上ゆっくり動くことになります。

　では、１０秒かけて９０度を回転させるプログラムを考えて見ます。今回使用したサーボは０．６ｍＳで９０度、１．５ｍＳで中心位置になります。ということは値は４６０〜４６０６になり、この変化を１０秒かけて行えばよいことになります。（この計算はサーボによって違いますので注意して下さい。）
　<-サーボによってパルス幅と角度は違います。注意。

　サーボの位置制御周期が２０ｍSなので、２０ｍS近い間隔で値を変化させてもあまり意味はありません。ということで例えば１００ｍSごとにすこしづつ位置を変えてそれを１００回行って１０秒とします。変化量は４６０６−４６０＝４１４６で、これを１００で割ると約４１となりますので、１００ｍS毎に４１変化させると１０秒で９０度変化になります。

　今度はwhile(1)のループを次のように変えてみてください。
　
　実行の結果、１０秒で９０度曲がりました。しかし、この値では少々動きがギコちない感じでしたので、もっと少ない変化量にしてみます。
　
　思い切って１０倍の解像度（ループ回数も１０倍）にしてみました。さっきよりはスムーズに動くようになりました。
　

＜まず８個を考える＞

　サーボ周期は２０ｍSで、パルス幅は２．５ｍSが最大です。ということは、２０ｍSを２．５ｍSづつ分割すると、８個のサーボを駆動することができます。つまり、TIMER9の割り込み周期を２．５ｍS周期にして、TIMER9割り込みが発生する度に、HIGHにする端子を変えればよいことになります。

　


＜やってはいけないパターン＞

　 パルス発生のパターンは上以外でもいろいろあるかと思いますが、やってはいけないパターンに、「同時に沢山を立ち上げる」というのがあります。サーボは動き始めに非常に大きな電流が流れます。よって、パルスを一斉にONにするようなプログラムを作ると、バッテリや電源のサーボへの供給が追いつかずに、意図しない動きになることがありますので注意して下さい。ということで、とりあえず８個のサーボを動かすには上の図のパターンが最良だと思います。


＜実際のプログラム＞

　各サーボを動かすところを各フェーズとします。０番サーボを動かすところは０番フェーズ．．．というようにします。２．５ｍS周期でTIMER9割り込みを発生させ、各フェーズでパルスをONにする端子を変えるというプログラムを作りました。（右クリックで対象を保存）

　RCServo2.c


　まず、サーボの個数が８個になったので、位置情報を表す変数も８個になります。配列の方が扱いやすいので配列で宣言しました。また、フェーズを表すのはphaseという変数を用意しました。数値の設定やフェーズの変化は関数間にまたがる処理なのでグローバル変数で宣言します。（配列、グローバル変数については基本編で解説してます）
　


　次にｍａｉｎ部です。サーボの信号出力が８個になりましたので８個の端子を出力に変えています。尚、dsPIC33Fでは初期設定は入力（１）に設定されていますので、出力にするには必ず各TRISレジスタを設定する必要があります。行１４２〜行１４９の部分です。尚、適当に全部０に設定すればよい、と思うかも知れませんが、出力に設定した端子が、なにかの拍子で電圧が出ているものに触ると問題が起きますので注意して下さい（出力同士をつなげるのは電子回路ではNG）。そういう理由で初期設定は入力になっています。
　行１６１〜１６４でサーボの位置とフェーズ番号の初期設定をしています。
　
　その他は以前と同じです。while(1)ループでは８個のサーボに対して１秒ごとに位置を変えるプログラムにしています。

　次は割り込み部です。パルス立ち上げと立ち下げ部は別な関数にしていますが、ほとんど前と同じです。
　
　フェーズは８回実行したら元にもどす必要があります。行１２４〜１２５でフェーズ変化を制御しています。

　パルス立ち上げ部の別関数は次のようになっています。引数でフェーズを受け取り、該当する端子を操作しています。尚、端子はA33F-EX1の端子の並び順にしています。
　


　ということで実行してみましたが、８個の端子でサーボが動いていることを確認できました。main関数の中で、任意のタイミングでservoPos[?]の変数の該当する番号の値を変えれば、その端子のサーボが動きます。


＜８個以上を考える＞

　TIMERは他にもあります。上のプログラム例ではTIMER1がwaitを作り、TIMER9が周期を作っています。各サーボのパルス幅はTIMER8で８個のサーボを担当しています。例えばあと３個のタイマーを使ってTIMER8の役割を与えれば、タイマー４個ｘ８＝３２個のサーボを動かすことができることになります。

　この部分は作っていませんが、各自実験してみてください。尚、注意点として、先にも挙げたとおり、なるべく同時起動は避けるようにしましょう。TIMER8の役割が複数になると、同時起動のタイミングも出てきます。実験の結果、同時２個ではほとんどの状況（サーボの種類、（サーボ用）電源）で問題なく動きました。


＜端子配列の注意＞

　RCサーボを動かす場合はオプションボードのA33F-EX又はA33F-EX2を使うことになりますが、A33F-EXの方はいくつかの端子がDCモータ駆動（又はステッピングモータ駆動）端子と共通になっています。以下の端子はDCモータ駆動時にはRCサーボ駆動には使えませんので注意して下さい。