WRX　micro:bitを車両で使う　その１０　サーボモーターの利用（動作編）

2020年1月9日2020年12月1日micro:bit,社外部品・DIY

今回は前回記事で購入したサーボモーターを実際にmicro:bitに接続して動かしてみます。micro:bitはサーボモーターにもよりますが、直接端子（0～2、3V、GND）に接続するだけで動作させる事が可能です。従ってmicro:bitに搭載されているセンサーやLEDの機能だけでは満足出来なくなった場合、次のステップとしてサーボモーターの利用も手軽に行う事が出来ます。

サーボモーター利用時の注意点

サーボモーターには動作電圧があり、ラジコンや模型用の多くは4.8V～になっています。対してmicro:bit本体の端子から出力出来る電圧は3Vなので、サーボモーターによっては動作させる事が出来ない物があります。購入時にサーボモーターの動作電圧、および動作タイプ（角度指定・連続回転）等の仕様を確認する必要があります。

micro:bitの電源仕様についてはこちらに詳細がありますが、消費電流についてもmicro:bitのUSB端子へ電源供給を行う場合、micro:bit本体の端子からは90mAを超えない範囲での利用となっています。90mAを超える場合はバッテリー端子への電源供給が必要となります。

※バッテリー端子へ電源を供給する場合も、搭載されているチップ類の最大電圧が3.6Vとなっているので、それ以上の電圧を供給するとmicro:bitを破損させてしまいます。micro:bit用に乾電池2個（3V）を使用する電池ボックスが販売されています。

micro:bitで多く利用されるサーボモーターはTower Proの「SG90」という製品の様ですが、Tower Proにはコピー品も多く出回っている様で、メーカーのアナウンスもあるので注意して下さい。

動作電圧が3Vを超えるサーボモーターを利用したい場合は、別途サーボモーターを動作させる為のmicro:bit用モジュールを購入する方法があります。私の場合はサーボモーターとモジュールを購入しています。詳しくは前回記事を見て下さい。

2020年12月追記

2020年11月にmicro:bitの本体バージョンが「2.0」になり、端子から供給出来る電源容量が200mAまで増えています。サーボモーターの利用もハードルが幾分下がったと思います。

※これまでの古いmicro:bit（～ｖ1.5）の電源容量が更新される訳ではありません。

micro:bit本体のみで動かす場合

配線

サーボモーターの接続方法はMakeCodeのドキュメンテーションにも記載されていますが、その中ではサーボモーターは先のSG90になっています。ラジコンや模型用のサーボモーターの配線は3本ですが（信号・電源・GND）、配線色はモーターによって異なる場合があります。私が購入したサーボモーターは順に白・赤・黒になっています（上記）。また先端は3ピンのメスコネクターになっているので、切断したくない場合は別途オス-オスのジャンパケーブルの他、ワニ口クリップが必要です。

（※1）

サーボモーターのメスコネクターにジャンパケーブルを刺し、さらに反対側にワニ口クリップを挟んでmicro:bit本体へ接続します。0～2のいずれかに信号、3Vに電源、GNDはGNDです。接続はこれだけです。

※ワニ口クリップによるmicro:bitへの接続は、先のMakeCodeのドキュメンテーションには上記の様に穴を利用して縦方向に挟む方法を紹介しています。※1の方法では簡単に横方向に動いてしまい、隣の端子へも触れてしまう事があります。ただしどちらの方法でもmicro:bit本体へのキズが心配なので、各端子をジャンパケーブルで取り出せるブレイクアウトボード（モジュール）の利用も考えた方が良さそうです。

プログラム

前回記事でも書きましたが、Microsot MakeCodeでは既に高度なブロックの「入出力端子」内に、サーボモーターに関するブロックがあります。また拡張機能から「servo」のブロックを追加する事も可能です。

拡張機能から上記「servo」をクリックすると追加されます。「servo」が無い場合は検索欄で「servo」と入力して検索します。

上記の左側が「入出力端子」内のブロック、右側が拡張機能「サーボモーター」のブロックです。拡張機能のブロックでは普通（角度指定）と連続回転のブロックの他、幾つかブロックがあります。

上記はそれぞれ「入出力端子」と「サーボモーター」にあるブロックを使用しています。Aボタンで135度の位置、Bボタンで45度の位置へ回転します。「P0」はサーボモーターの信号線を繋いだ端子番号を指定しています。また「入出力端子」と「サーボモーター」のどちらのブロックを使用しても、サーボモーターの動きに違いはありません。シミュレーション画面にもちゃんとサーボモーターが表示されて、画面内のABボタンをクリックすれば動きます。

さらに「入出力端子」にある「数値をマップする」というブロックを使って上記の様にプログラムを組むと、micro:bit本体をLEDがある面を上として左右横方向に傾ける事（ロール角度）で、傾きに応じてサーボモーターも動きます。元の下限と上限はロール角度、結果の下限と上限はサーボモーターの動きです。

※micro:bit本体にUSBで電源を供給している場合、SG90でも正常に動かない場合があります。この場合はバッテリー端子からの電源供給とする事で正常に動く事があります。

ちなみに

私の購入したサーボモーターでは、micro:bit本体への接続ではやはり動作しませんでした。そこで合わせて購入した、サーボモーターを動作させるモジュールから5V電源のみ利用してみたところ、サーボモーターは動作しました。

上記はその様子ですが、モジュールにも別途P0～P2、3V、GNDの端子もあるので電源のみ5Vとなるピンに繋ぎ、パルス制御はmicro:bit本体から行っています。

またmicro:bitの端子を全てピンで取り出す事の出来る、IOブレイクアウトボードもmicro:bitと一緒に購入していて、こちらも5V電源を利用する事が可能です。接続的には先のサーボモーター用モジュールで5V電源のみを使用した形と同じなのでサーボモーターも同様に動作しますが、IOブレイクアウトボードの場合はサーボモーター用モジュールに比べ、同じプログラムでも僅かに速度が遅い現象がありました。サーボモーターが1個でも2個でも変わらず、理由は不明です。

私が購入したIOブレイクアウトボードについては下記記事を見て下さい。

サーボモーター用モジュールで動かす場合

配線

モジュールを使用する場合の配線はとても簡単です。サーボモーターのメスコネクターをモジュールのピンに刺すだけです。注意点はコネクターの表裏で接続先を間違えない事。モジュールにあるUSB端子もしくは電源入力端子から電源を供給すれば、micro:bit本体へも電源が供給されます。

プログラム

今回使用するサーボモーター用モジュールには「PCA9685」という制御チップが搭載されています。モジュールを使用するには、Microsot MakeCodeの拡張機能から「PCA9685」という機能（ドライバー）を追加します。メーカーのwikiページでも手順が示されています。

拡張機能から「https://github.com/jdarling/pxt-pca9685」のアドレスで検索すると、「PCA9685」という拡張機能が表示されます。これをクリックするとブロックのメニューに「PCA9685」という項目が追加されます。「PCA9685」は他メーカーのモジュールでも同じチップを使用している場合があり、拡張機能も同じブロックを使用する事があります。

動作は角度制御の場合は「set servo position」のブロック、連続回転の場合は「set c r servo position」のブロックを使用し、サーボ番号（チャンネル番号）を指定します。「64」となっている箇所は特に必要の無い場合は変更しません。その他パルス信号設定に関するブロック等もありますが、まだあまり詳しく見ていません。

上記は「PCA9685」のブロックから「set servo position」を使い、先ほどと同じAボタンで135度、Bボタンで45度の位置に移動するプログラムです。動作も同じですが「PCA9685」は現状ではシミュレーション画面での確認は行えません。

「PCA9685」でも「数値をマップする」ブロックも使用出来ます。

その他

サーボモーターは通常、0～180度等の角度指定で動作しますが、現在は連続回転が出来るサーボモーターも販売されています。連続回転が出来るサーボモーターはまだ購入していませんが、いずれ購入して試してみようと思います。　→実際に購入してみました。

次回は購入したサーボモーターを使用して工作を行います。

micro:bit　新バージョン「2.0」について

2020年11月25日より、Micro:bit本体の新バージョン「2.0」が発売になっています。従ってこれまでの古いmicro:bitを使用した記事（～その24）と新しいmicro:bitでは記事内容に相違がある場合があります。ただしこれまでのプログラムは基本的には新しいmicro:bitでも動作し、古いmicro:bitも引き続き使用する事が可能です（ハード的に新たに追加された機能は、拡張ボード等が必要ですが）。

なお新しいmicro:bitについては実際に1つ購入し、micro:bit関連記事「その25」から扱っています。

2022年4月追記

2021年12月にmicro:bit本体のバージョンが「2.2」になるとのアナウンスがありましたが、「2.0」との機能上の違いは無いとされています。

「micro:bit」関連記事

以下は「micro:bit」タグの記事一覧です（投稿順）。現在の記事とこれ以降に投稿した記事も含みます。「その２４」までの記事ではmicro:bit本体のバージョン「1.5」を使用しています。