サーボモーターとは？Arduinoでサーボを制御する

サーボモーターは、軸が指定した角度まで回ってそこで止まる小さなモーターです。普通のDCモーターは回り続けますが、サーボは90度と指示すればぴったり90度まで動き、負荷がかかってもその位置を保ちます。ロボットアーム、パン・チルトのカメラマウント、自動ドアロック、模型飛行機の舵は、どれもサーボで動いています。

サーボモーターはどう動く？

サーボの中には4つの部品があります。小さなDCモーター、速度を下げてトルクを上げるギアボックス、軸の位置を測るポテンショメーター、そしてそれらを管理する制御回路です。制御回路は、指示された角度とポテンショメーターが読み取った角度を常に比べ、差がゼロになるまでモーターを回します。このクローズドループのおかげで、サーボは負荷がかかっても位置を保てます。

角度はPWM信号でサーボに送られます。20 msごと（50 Hz）にパルスが届き、そのパルス幅で角度が決まります。約1 msが0°、1.5 msが90°、2 msが180°です。多くのサーボは0.5〜2.5 msの範囲に対応していますが、正確な値はモデルによって少し異なります。

サーボのワイヤーと配線

どのサーボを選べばいい？

Arduinoでサーボを制御する：ポテンショメーターで角度を調整

1. サーボの茶色のワイヤーをGNDに、赤いワイヤーを5Vにつなぎます（SG90が1つの場合）。
2. オレンジの信号線をデジタル9番ピンにつなぎます。
3. ポテンショメーターの両端の足を5VとGNDに、真ん中の足をA0につなぎます。
4. 下のコードを書き込みます。ポテンショメーターを回すと、サーボが0〜180°の間で動きます。

1#include <Servo.h>
2
3Servo servo;                       // servo nesnesi / servo object
4const int POT_PIN = A0;            // potansiyometre / potentiometer
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6void setup() {
7  servo.attach(9);                 // sinyal 9. pinde / signal on pin 9
8}
9
10void loop() {
11  int value = analogRead(POT_PIN);         // 0–1023 oku / read 0–1023
12  int angle = map(value, 0, 1023, 0, 180); // açıya çevir / convert to angle
13  servo.write(angle);                      // servoyu döndür / move the servo
14  delay(15);                               // servo yetişsin / let the servo settle
15}

servo.write(angle)は0〜180の角度を受け取ります。より細かく制御するには、servo.writeMicroseconds(1500)でパルス幅をマイクロ秒単位で直接指定します。ボードのどのピンがPWMやデジタルなのかは、ピン配置ツールで確認できます。

ESP32やRaspberry Pi Picoでサーボを使う

• ESP32：標準のServoライブラリは動きません。Arduino IDEでESP32Servoライブラリをインストールしてください。使い方は同じです。ほとんどのサーボは3.3 Vの信号で十分に動きます。
• Raspberry Pi Pico（MicroPython）：PWMを50 Hzに設定し、duty_ns()でパルス幅を指定します。1,000,000 ns ≈ 0°、1,500,000 ns ≈ 90°、2,000,000 ns ≈ 180°です。
• どちらのボードでも、サーボをボードの3.3 Vピンから給電しないでください。5 Vのラインか外部電源を使いましょう。

サーボでよくある失敗

• 震えや不規則な動き：たいていは電源不足が原因です。外部電源を使い、サーボの電源に470〜1000 µFのコンデンサを入れてください。
• GNDの共通化を忘れる：外部電源で給電したサーボは、GNDをつながないと信号を理解できません。
• サーボを限界まで動かそうとする：機械的なストッパーに押しつけられたサーボは、ジーッと音を立てて熱くなります。必要なら範囲を10〜170°に制限してください。
• 9番と10番ピンでPWMを使おうとする：UnoではServoライブラリがTimer1を使うため、サーボを接続している間はこれらのピンでanalogWriteが動きません。
• 連続回転サーボに角度を期待する：FS90Rのようなモデルは自分の位置を把握していません。制御できるのは速度と向きだけです。

サーボで何が作れるかは、BlueGraysのロボットやモーターのプロジェクトで確認してください。Arduinoが初めてなら、まずArduinoとは？を、回路をボード上に組むにはブレッドボードとは？を読んでみてください。