USB Servo Controller

USB-C 12 チャンネルサーボコントローラー

12 チャンネルの USB-C サーボコントローラーです。Pololu Maestro 互換で、AI エージェント（Claude など）がサーボを操作できる MCP サーバーを備えています。価格はTindieで 18 ドルです。・製品ページ。

_{▶ 2 分の動画：配線、電流モニタリング、GUI、コントローラーによる実際の MG995 の操作}

Pololu Mini Maestro 12のオープンソース代替品です。Maestro シリアルプロトコルに対応しているため、Maestro ライブラリをそのまま使えます。さらに、USB-C、サーボ電源レールの電流・電圧検知、オンボードスクリプトを備えています。JLCPCB の一括組み立て向けに設計されており、100 台製造時の基板 1 枚あたりの価格は約 4.43 ドルです（Maestro は 29.95 ドル）。

MCU	WCH CH32V203C8T6、RISC-V 96 MHz、LQFP-48
チャンネル	ハードウェア PWM 12 チャンネル、50 Hz、0.5 µs。チャンネルごとの可動範囲制限（64～4080 µs、デフォルト 500～2500）。0～7 にアナログ入力
ホストインターフェース	USB-C、CDC シリアル（ドライバー不要）。ASCII プロトコル、Pololu Maestro Compact／Pololu／Mini SSC プロトコル
サーボ電源	5.08 mm ネジ端子の独立レール。フル機能時 5～13.2 V、合計約 5 A
検知	レール電流（5 mΩ + INA180A2）と電圧（÷4）、過電流／LiPo 低電圧カットオフ
PCB	66 × 38 mm、2 層、すべての部品を上面に配置、M3 穴 × 4
状況	2026-09-28 に初号基板のハードウェア検証を完了 — selftest.py --rail --move は 58/58。チャンネル 1～11 は実際のサーボで未検証

ドキュメント	対象
USER.md	ボードの使用方法：配線、電源、ツール、コマンドリファレンス、書き込み
tools/README.md	ホストツール：ライブラリ、CLI、GUI、スクリプト、MCP サーバー、リリースビルド
このファイル	設計：各選択の理由、BOM とコスト、制限事項、製造前に残っている作業

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AI エージェント（MCP サーバー）

tools/servo_mcp.pyは、AI エージェントがサーボを動かし、ポーズやシーケンスを実行し、レール電流／電圧を読み取れるようにする MCP サーバーです。チャンネルごとの制限、ランプ移動、過電流時の停止といった安全対策を備えています。pip install -r tools/requirements.txtを実行してから、以下を実行します。

Claude Code

claude mcp add servo -- python /path/to/UsbServoController/tools/servo_mcp.py

Claude Desktop（claude_desktop_config.json）

{
  "mcpServers": {
    "servo": {
      "command": "python",
      "args": ["/path/to/UsbServoController/tools/servo_mcp.py"]
    }
  }
}

ポートを指定するには"--port", "COM5"を追加します。ハードウェアなしで試すには"--mock"を追加します。 シリアルポートを開けるプログラムは 1 つだけなので、先に GUI を閉じてください。

サーバーは PyPI でも公開されているため、リポジトリをクローンしなくても、どの MCP クライアントからでも実行できます。 コマンドはuvx、引数は["ucan-servo-mcp"]です（GUI で保存した制限、ポーズ、シーケンスを使う場合は、さらに--config path/to/servogui.jsonを指定します）。

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1. クイックスタート

pip install -r tools/requirements.txt
python tools/servogui.py              # GUI (or --mock with no hardware)
python tools/servoctl.py set 0 1500   # CLI
cd embedded-ch32 && make flash        # build + flash over USB, ~3 s, no jumper

**ダウンロード：**ファームウェアイメージと Windows／Linux 向けのビルド済み GUI は、リリースページから入手できます。 GUI を自分でビルドするには、python tools/build_release.pyを実行します。出力先はtools/dist/です。

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2. CH32V203C8T6を選んだ理由

必須条件は、ROMにUSBブートローダーを搭載していることでした。これにより、未書き込みのチップにもプログラマーなしでUSB-C経由で書き込めます。この条件により、設計当初に採用していたSTM32F103（USART専用ブートローダー）は候補から外れます。USBブートに対応し、JLCPCBで在庫のあるLQFP-48部品は次のとおりです。

候補	未書き込みチップでのUSBブート	在庫	$@100
CH32V203C8T6（採用）	✅	8,643	0.877
CH32X035C8T6 / CH32F203C8T6	✅	~500	0.72 / 1.02
AT32F415CBT7	✅	10,518	1.319
STM32F072C8T6	✅	2,945	2.495

実在庫のある部品の中で最安で、STM32F072の3分の1の価格です。また、STM32F103のレイアウトとピン互換性があります（接続された33ピンのうち32ピンが同一です）。

この選択に伴うコスト：

• RISC-Vファームウェア、WCH HALを使用し、CubeMXは使えません。
• ST-Linkは使用できません。 デバッグにはJ9のWCH 2線SDIを使用するため、WCH-LinkEが必要です。通常の書き込みはUSB経由なので、デバッグ用プローブはデバッグ時のみ使用します。
• このチップではPB2がBOOT1なので、R17（5.1 kΩ）でLowに接続されています。

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3. ハードウェア

                            U4 INA180A2 (Kelvin across R18) ─► PA5 I_SENSE
J2 Servo V+ ── R18 5mΩ ──┬────────► servo header V+ rail (unfused)
  (VSRV_RAW)              ├─ R19..R22 ÷4 ─► PA4 V_SENSE
                          └─ JP1 ──D2──┐
                                       ├─► HT7533-1 ─► 3V3 ─► CH32V203, LED
USB-C VBUS 5V ─────────────D1──────────┘
GND: one continuous plane, common to both supplies

• 電源系統は2つ、グランドは共通です。 D1/D2はダイオードOR接続になっているため、互いの系統に電流が流れ込みません。各サーボアンプはR18を経由するため、電流値はボード全体を対象とします。
• JP1（2ピンヘッダー、デフォルトではオープン）：シャントキャップを取り付けると、USBなしでサーボ電源からロジック電源を供給できます。これはMaestroのVSRV=VINブロックに相当します。
• JP2（2ピンヘッダー）：初回書き込み／復旧時のみ、BOOT0をHighにします。
• ロジックの消費電流は約15 mAなので、HT7533-1（100 mA、静止電流2.5 µA）は2S LiPoから給電しても発熱は0.07 Wです。
• USB-C：CCプルダウン抵抗はR14/R15、D+/D−/CC1/CC2のクランプにはSRV05-4を使用します。
• サーボ信号は220 Ω（R1–R12）を介した3.3 Vです。ヘッダーのピン配列はSIG / V+ / GNDです。

チャンネル割り当て

Ch	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
ピン	PA0	PA1	PA2	PA3	PA6	PA7	PB0	PB1	PA8	PA9	PA10	PB8
タイマー	T2C1	T2C2	T2C3	T2C4	T3C1	T3C2	T3C3	T3C4	T1C1	T1C2	T1C3	T4C3
アナログ	✅	✅	✅	✅	✅	✅	✅	✅	—	—	—	—

予約済み：PA4/PA5 レール検出 · PA11/PA12 USB · PA13/PA14 SDI · PD0/PD1 水晶振動子 · PC13 LED · PB2 BOOT1。LQFP-48のADCピンは10本のみで、PA4/PA5は検出に使用するため、 アナログ入力は12チャンネル中8チャンネルです。Maestro 12は12チャンネルすべてに対応します。

電源レールの検出

	電流（R18 + U4）	電圧（R19–R22）
部品	5 mΩ 1 Wシャント抵抗、INA180A2ゲイン50、ハイサイド	5.1 kΩ × 4、÷4、100 nF
フルスケール	13.2 A	13.2 V
分解能	約3.2 mA	約3.2 mV

ハイサイド方式により、グランドプレーンを分断せずに済みます。検出するのはレールの合計電流であり、チャンネルごとの電流ではありません。ADCの基準電圧はVDDA（LDO出力）です（LQFP-48にはVREF+がありません）。そのため、測定値はしきい値の判定には適していますが、校正済みの計測には適しません。異常な測定値が5回続くと、ファームウェアはすべてのチャンネルをオフにします（約50 ms）。デフォルトの過電流しきい値は5 Aで、低電圧しきい値は自動選択されます（2S → 6.4 V、3S → 9.6 V、それ以外はオフ）。詳細はUSER.md §4.4を参照してください。

電源の制限

制限	制限要因	値
J2の絶対最大値	C15/C16、16 V電解コンデンサー	16 V
全機能動作時（電圧検出）	÷4分圧回路	13.2 V
連続電流	ヘッダー列間の2.4 mm配線	約5 A（温度上昇20 °Cで6.1 A）

上限を決めるのは24 A端子ではなく、その背後の銅箔です。

PCB

2 × 1 oz、1.6 mm、最小配線幅／間隔0.2 mm、ビア0.3/0.6 mm。GNDは両面のベタ銅箔です。SERVO_V+は優先順位を設定したトップレイヤーの3つのゾーンで配線します。ヘッダーは下端、USB-Cは右側、ねじ端子は左側、MCUは中央に配置しています。

⚠️ F8（Update PCB from Schematic）を実行するとH1–H4が削除されます。これらには回路図シンボルがありません。Delete footprints with no symbolsのチェックを外すか、次の位置に再配置してください： (16, 4), (61.5, 4), (16, 33), (61.5, 33)。

⚠️ HT7533-1は、置き換え前のAMS1117とピン互換ではありません（SOT-89：GND / VIN+タブ / VOUT）。タブはVINです。

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4. 部品表とコスト

クラス：B 標準 · P 推奨（どちらも手数料不要） · E 拡張（SMT の場合、フィーダー手数料 $3.07）

Ref	部品	LCSC	クラス	数量	1 枚あたりの価格
U1	CH32V203C8T6, LQFP-48	C3001172	E	1	0.8770
U2	HT7533-1, SOT-89-3	C14289	B	1	0.1430
U3	SRV05-4 ESD, SOT-23-6	C558418	E	1	0.0270
U4	INA180A2, SOT-23-5	C192764	E	1	0.1920
J1	USB-C 16P TYPE-C-31-M-12	C165948	E	1	0.1860
J2	5.08 mm 2P ねじ端子台	C474952	E (THT)	1	0.1920
J3–J8	1×6 2.54 mm ピンヘッダー	C37208	E (THT)	6	0.2520
JP1, JP2	1×2 2.54 mm ピンヘッダー	C358684	E (THT)	2	0.0180
Y1	8 MHz 水晶振動子 SMD5032	C115962	B	1	0.2450
D1–D2	B5819W, SOD-123	C7420330	P	2	0.0340
D3	赤色 LED 0603	C2286	B	1	0.0070
R1–R13	220 Ω 0603（サーボ直列抵抗＋LED）	C22962	B	13	0.0650
R14–R17, R19–R22	5.1 kΩ 0603	C23186	B	8	0.0160
R18	5 mΩ 1 W シャント抵抗、1206	C7419996	E	1	0.0370
C1–C8, C17–C18	100 nF 0603 X7R	C14663	B	10	0.1200
C9–C11	10 µF 0603 X5R	C19702	B	3	0.0960
C12	1 µF 0603	C15849	B	1	0.0170
C13–C14	30 pF 0603 C0G	C1658	B	2	0.0160
C15–C16	470 µF 16 V 電解コンデンサー	C46550400	E	2	0.2140
				58	$2.7540

J9（SDI）は実装しません。シャントコンデンサー（C100114、基板 1 枚あたり 2 個）は JLCPCB では実装できないため、別途購入してください。100 個あたり約 $1.80 です。

100 枚	合計	1 枚あたり
部品	$275.40	$2.754
実装：セットアップ $8.18、ステンシル $1.53、SMT 167 接合部 $26.72、THT 42 接合部 $68.88 + $3.58、フィーダー手数料 6 件 $18.42	$127.31	$1.273
PCB 製造（概算）	~$40	~$0.40
合計	≈ $443	≈ $4.43

送料と関税は含みません。価格は LCSC の 100 個購入時の価格です。在庫は 2026-09-19/20 に確認済み（CH32V203 が最も在庫が少なく 8,643 個）— 注文前に再確認してください。

コストを左右する要因：

• 実装費の 57 % はスルーホールはんだ付けです。 J3–J8 は部品代が $0.25、手はんだ付け費が $0.59 です。SMT のみにしてヘッダーを別途購入すれば、実装費は 1 枚あたり $0.55 に下がります。
• 単価ではなく、種類の異なる拡張 SMT 部品の数がコストを左右します。 そのため、220 Ω 抵抗を LED 用としても使用し、5.1 kΩ 抵抗で CC1/CC2/BOOT0/BOOT1/分圧器に対応し、個別の TVS ダイオードの代わりに SRV05-4 を 1 個使用し、JP1/JP2 で同じヘッダー部品を共有しています。

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5. ファームウェア（embedded-ch32/）

RISC-V、WCH ch32v20x HAL と USB デバイスライブラリ、xPack riscv-none-elf-gcc 15.2（上書きするには make GCC_PATH=... を実行）。バージョンは USBServoController 0.4 です。

フラッシュ領域	アドレス	サイズ	内容
ブートローダー	0x0000	12 KB	独自の USB CDC ブートローダー（bootloader/）
アプリケーション	0x3000	48 KB	サーボファームウェア
スクリプト	0xF000	2 KB	保存済みボードスクリプト
設定	0xF800	256 B 使用	移動範囲の上限、Maestro の速度／加速度（User/settings.c、W）

レイアウトは User/flash_layout.h と 2 つの Link.ld ファイルに記載されています。

make                 # build/USBServoController-ch32.{elf,hex,bin}
make flash           # BOOT command -> bootloader -> write, CRC-32 check, restart (~3 s)
make hosttest        # on the PC: sense.c protection (21 supply scenarios), maestro.c protocol, ramps and limits (11)
python tools/verify_pinmap_ch32.py   # schematic <-> pin table <-> firmware

未書き込みチップまたはリカバリー： make full を実行し、JP2 を取り付けて USB に接続し、 wchisp flash build/USBServoController-ch32-full.bin を実行してから、JP2 を取り外し、再接続します。 ファームウェアから ROM ブートローダーにジャンプする方法は、このチップでは機能しません（テスト済み）。 そのため、ボードには独自のブートローダーが搭載されています。

タイミング： タイマーは 96 MHz、PSC 47 → 0.5 µs のティック、ARR 39999 → 20 ms のフレームです。 0.25 µs にするには 4 MHz のティックが必要ですが、100 Hz 以上の場合に限り 16 ビットに収まります。

プロトコル： 1 行につき ASCII コマンド 1 つ、応答は OK／OK <value>／ERR <reason> のいずれか 1 つです。 サーボ（S G E X A）、電源レールの監視（I U F L P C Z N）、保存済みスクリプト（QC QA QS QI QG QR QX）、システム（V BOOT）。完全なリファレンスは USER.md §4.3 を参照してください。

Maestro プロトコル（User/maestro.c）：0x80 以上のバイトは Pololu Maestro コマンドです。Compact、Pololu（デバイス 12）、Mini SSC のフレーミングに対応し、Maestro の単位でオンボードの速度および加速度ランプを設定できます。両方のプロトコルは同じポートを共有します。リファレンスは USER.md §4.3b を参照してください。

スクリプトエンジン（User/script.c）：ランプ時間付きの移動、待機、同期、ループ、ジャンプ、アナログ値による待機／分岐を含む、最大 254 個の命令に対応します。tools/servoscript.py でテキストからコンパイルされ、PC なしで実行でき、オプションで電源投入時に実行できます。

ツールチェーンの注意点

• interrupt("WCH-Interrupt-fast") は上流の GCC で黙って無視されます — 警告が 1 つ出た後、ISR は mret ではなく ret で終了します。interrupt("machine") を使用してください。
• **GCC 15 はデフォルトで C23 です。**この規格では bool がキーワードですが、WCH の usb_type.h では typedef されています。-std=gnu11 とパッチ適用済みのヘッダーを使ってビルドします。
• -march=rv32imac_zicsr_zifencei — GCC 15 では CSR と fence.i が分離されました。
• **実行時に printf は使えません。**USB のサスペンドフックに WCH のサンプルの printf を置いたところ、起動時に ISR が停止しました。また、PA9（USART1 TX）はサーボ出力です。

変更したベンダーファイル：usb_endp.c（OUT エンドポイント → パーサー）、usb_prop.c （User/cdc_glue.c 経由のラインコーディング）、ch32v20x_it.c（TIM2 がサーボを駆動）。

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6. 制限事項と Maestro 12 の比較

Maestro 12	このボード	対応
mini-USB	USB-C	改善
電源レールの監視なし	電流・電圧、過電流、LiPo のカットオフ	改善
$29.95	≈ $4.43	改善
サーボ電源 5–16 V	5–16 V（全機能は 13.2 V）	同等
アナログ入力 12 個	8 個	基板再設計（ピン数の制限）
信号 5 V、ユーザーピン 5 V	3.3 V、5 V レールなし	基板再設計
TTL シリアル、デイジーチェーン、ERR ピン、LED 3 個	USB のみ、LED 1 個	基板再設計
Pololu／Compact／Mini SSC プロトコル	対応（0.4）：目標値の設定（単数／複数）、速度、加速度、位置／移動状態／エラーの取得、原点復帰	同等
チャンネルごとの最小／最大値 64–4080 µs、1–333 Hz	チャンネルごとの上限値 64–4080 µs。W で保存、固定 50 Hz	周波数：ファームウェア
分解能 0.25 µs	0.5 µs	ファームウェア、100 Hz 以上
ファームウェアで速度と加速度に対応	Maestro プロトコル経由で対応	同等
設定、原点位置、起動時の動作をフラッシュに保存	上限値と速度／加速度を保存。原点位置はなく、すべてのチャンネルはオフで起動	ファームウェア
エラーレジスター、シリアルタイムアウト時のフェイルセーフ	プロトコルエラービットのみ。シリアルタイムアウトなし	ファームウェア
8 KB のスクリプト言語	254 命令のモーションスクリプト	よりシンプル
Maestro Control Center	独自 GUI（servogui.py）	Pololu VID に固定
28 × 36 mm	66 × 38 mm	—

その他の既知の不足点：J2 に逆極性保護がありません — バッテリーパックを逆向きに接続すると U4 が破損し、C15/C16 が破裂する可能性があります（P-FET の理想ダイオード、≈ $0.19 は意図的に省略しました）。電流検出のゼロ点（Z）は電源オフ時に失われます。

Maestro エコシステムへの参加

Maestro ソフトウェアは大きく2つに分かれます。ランタイム制御 — ほぼすべてのコミュニティライブラリ（FRC4564/Maestro、maestro-servo、ROS 1/2 ドライバー、Node、C++）は、CDC ポートを開き、USB ID を確認せずに Pololu/Compact/Mini SSC のバイトプロトコルを使用します。設定（Control Center、UscCmd）では、Pololu の VID 0x1FFB に紐づいた制御転送を使用するため、ここでは動作しません。

ファームウェア 0.4 はこれらのシリアルプロトコルを実装しているため、ランタイムライブラリは変更なしで動作します。改変していない FRC4564 の maestro.py を使用し、ハードウェアで検証済みです（ターゲット、速度、加速度、位置、移動状態）。最初のバイトに応じてディスパッチするため、すべてに対応できます。0xAA は Pololu、0xFF は Mini SSC、0x80–0xFE は Compact、印字可能な ASCII は既存のプロトコルです。

Maestro とは異なる点もあります。出力ステップは 0.5 µs（0.25 µs には ≥ 100 Hz のフレームが必要）、固定 50 Hz レート、ホーム位置なし、CRC なし、シリアルタイムアウトなしです。チャンネルごとの移動範囲（64～4080 µs）と起動時の速度／加速度は、W コマンドでボードに保存されます。GUI の歯車ボタンで移動範囲を設定します。今後の予定：フレームレート設定 → シリアルタイムアウト時のフェイルセーフ → ホーム位置。

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7. 設計上の注意点

JP1 はヘッダーであり、電源マルチプレクサー IC ではありません。 6 V を超える電圧で自動切り替えするには、理想ダイオードコントローラーと FET（LM5050、基板あたり +$2.12）が必要です。TPS2116 の上限は 5.5 V です。ダイオード OR 回路は $0.03 で、JP1 に流れるのは約 15 mA のロジック電流だけです。ヘッダーとシャントキャップ（$0.05）はスライドスイッチより安価で、それ自体に電圧制限もありません。

JP2 もヘッダーです。そのため、各ボードで初回の書き込みに必要なジャンパーは、はんだごてなしで設定できます。

AMS1117 は HT7533-1 に置き換えました。AMS1117 は必要サイズの 66 倍もあり、静止電流が 5 mA で、22 µF のタンタルコンデンサーが必要でした。HT7533 はより安価で、30 V に対応し、既存の 10 µF セラミックコンデンサーで安定して動作します。

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8. リポジトリの構成

パス	内容
PCB/usbservocontroller/	KiCad 10 の回路図と基板。production/ = Fabrication Toolkit の出力
embedded-ch32/	アプリケーションファームウェア（User/）、ブートローダー（bootloader/）、ホストテスト（test/）
embedded-ch32/tools/	verify_pinmap_ch32.py。wchisp をここに配置してください（リポジトリ内には含めません）
tools/	ホストツール — tools/README.md を参照
USER.md	ユーザーマニュアル

Fabrication Toolkit は、シンボルではなくフットプリントから LCSC を読み取ります。回路図の同期後に grep -c 'property "LCSC"' usbservocontroller.kicad_pcb（現在は 58）を確認してください。フィールドがない場合、JLCPCB では「part not found」と表示されます。

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9. 次回の製造前に

2026-09-29 時点のファイルで確認済みです。ERC は 0、DRC は 11 件のエラーで、いずれもヘッダーの本質的なコートヤード重複（2.54 mm グリッド上に3列）です。未接続は 0 です。

1. JP2 の基板上のリファレンスを修正します。 フットプリントには JP2 ではなく BOOT0_SEL と表示されているため、DRC では JP2 が見つからないうえ、余分なフットプリントがあると報告され、製造ファイルにも誤った部品番号が記載されます。F8 を実行してください（シンボルのないフットプリントを削除 のチェックを外します）。
2. J9 に DNP を設定し、H1～H4 を BOM／位置ファイルから除外します。 まだどちらのフラグも設定されていないため、fabrication-toolkit-options.json の EXCLUDE DNP は何も行いません。
3. R13 を 220 Ω から 1 kΩ に変更します（C21190、Basic）。PC13 の定格は 3 mA ですが、220 Ω では LED に約 6 mA 流れます。最初のボードでは動作しましたが、規格外です。
4. 重複しているビアを3つ削除します（GND：11.5、35.2。I_SENSE と V_SENSE：32、16～18 付近）。また、コートヤードエラーへの対処を決めます。コートヤードを縮小するか、実際のエラーがその中に隠れないよう DRC 除外を追加してください。
5. production/ を再生成します。このフォルダーの更新日は 2026-09-20 で、最後の基板編集より前です。その後、bom.csv と positions.csv から H1～H4 と J9 が削除されていることを確認してください。
6. JLCPCB の在庫を再確認します（§4）。

kicad-cli sch erc usbservocontroller.kicad_sch と kicad-cli pcb drc --schematic-parity usbservocontroller.kicad_pcb を実行して、チェックを再度行ってください。

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ライセンス

MIT — ハードウェア設計ファイル、ファームウェア、ホストツール。

WCH（Nanjing Qinheng Microelectronics）の著作権表示があるファイル（ ch32v20x HAL、USB ライブラリ、スタートアップコード、および embedded-ch32/User/ 内の WCH 由来のファイル）は、WCH 独自の規約に従います。これらの規約では、WCH マイクロコントローラーでの使用に限定されています。