2011年09月27日

エンコーダの回路

Portescapのジャンクモータを扱ってた店が秋葉原にあって、エンコーダが搭載されているもののほとんどのモータが外部回路がついていないものでした。↓
CIMG0706.JPG
※詳しい所在は先輩のブログ見てください。

ちなみに↓みたいなモータもありますが、なんかタコジェネか何からしいので注意してください。
この間見に行ったら、ほとんどこのモータだった。
CIMG0714.JPG

これは、RE12(pdf)とか、EX15(pdf)とか、OME-Nモデル(pdf)とかのように、LEDとフォトトランジスタしか搭載されてないエンコーダと同じような仕組みになっていると考えられます。


RE12に似た見た目のRE12Dは過去に書きましたが分解したことがあります。
DSCF2019.JPG
コンパレータを利用した回路みたいです。

また、ジャンクのPortescapモータを先輩が購入した際、回路がむき出しだけど正常に使用できるものをがありました。
CIMG0709.JPG
こういうの。これもコンパレータを使用していました。

こちらの回路はさっきのRE12Dより大きくて、簡単に解析できそうです。
ということでこれを解析。自作してみました。
CIMG0711.JPG
これで無事波形も出ましたよ。

回路図はこちら
※以下の図面のコンパレータ出力からクロスしているところは「・(ドット)」がつく交点です。
その部分だけ未修正ですのでご注意お願いします!(11/10/01)

enc.JPG

一部不可解な部分もありますが、まぁ理解できなくもない回路です。
コンパレータへの入力の−側に約0.05V程度の入力で、プラス側にフォトトランジスタからの入力、p-p値で0.8V程度の振幅があります。

コンパレータのプラス電源は、電源からLEDのカソードを介して接続されてました。

ちょっと部品数ありますが、こんな感じで使えるみたいですよ。


そんな事言いながら、私のマシンに積んでいるRE12エンコーダは、適当に大きな抵抗をフォトトランジスタにつけて、74HC14を通してるだけです。ONとOFFのデューティー比がキレイじゃないのですが、200パルスあるのでそんなに影響ないかなという淡い期待を抱きつつ使ってます。(100パルスと200パルスは値段変わらなかったです。)立ち上がりだけカウントすれば影響は実質無いし。
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2011年09月26日

エンコーダを使う

ロータリーエンコーダは、マイコンカーのみならずロボットの制御によく使うデバイスです。
よくマイコンカーに使われるモデルはOME-Aモデル(pdf)RE12D(pdf)ですね。
どっちもロータリーエンコーダのプログラム解説マニュアルに掲載されてるモデルです。
私は高校の時からRE12Dを使ってます。それなりな入手性に小型でいい感じ。

また、マイクロマウス界を中心に、MTL(マイクロテックラボラトリ)のエンコーダがよく使用されてます。
ここのエンコーダは最小Φ7.5のMES-6-P(5V電源の場合 3.2VでΦ5もあり)からラインナップがあります。
ただ、1万円ちょいするという話だったので、そのぐらい投資できるなら選択肢に入るかなって感じです。


なんだかんだ行ってもエンコーダは値段が高め。
安いのを探すと、(擬似)正弦波のものがちらほら見受けられます。(同じメーカの似たようなタイプなら半分近く安くなることも)
例えば、RE12(pdf)とか、EX15(pdf)とか、OME-Nモデル(pdf)とか。

RE12とEX15は1相のみなので、マイコンカーの速度検出には使えますが、関節角度制御にはちょっと使えません。
またこれらの製品は、LEDとフォトトランジスタのペアが入ってるだけで、それをマイコンが読める波形にするために外部に回路を作らなくてはいけません。
大抵推奨回路のとおりに作るわけですが、矩形波に直す回路は大抵書いてないです。
※矩形波に直す回路は、次の記事で




最近、マイクロマウス界で注目されているのは、「マグネチックロータリーエンコーダ」と呼ばれるエンコーダ。
磁気式のエンコーダは随分前から存在しました。
CIMG0715.JPG
こんなのですよね。(日本電産サーボDMN29 これとほぼ同じ種類

これの発展形がマグネチックロータリーエンコーダです。私も研究室で取り扱っています。
図で表すとこんな感じ(AS5030のデータシートより)
menc.JPG

普通の磁石をICの上部で回転させると、エンコーダとして使うことができます。
中にホールICが4つ入っていて、それがN極とS極を検出しているみたいです。

磁石などの機械的な部分は自分で作る必要がありますが、精度よく作れば光学式より安価で軽量なエンコーダを作ることが出来ます。分解能も十分に取れます。(ICにもよりますが、8bit(256パルス)〜あります。)出力はシリアル通信やPWMでの出力に対応しています。
入手性は微妙ですが、マルツでセミナーをやっていたらしく、取り扱いがあります。

テクノフロンティアで聞いたのですが、こういった製品は日本で開発しているメーカは少ないです。
あるとしても、企業内で使用などを秘密にしている場合が多く、簡単に利用できるデバイスは海外製品がほとんどらしいですよ。


今回この記事を書いたのは、次の記事につなげる記事にするって意味で。
日付変わったら次の記事出します。
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2011年09月11日

試作機の紹介

ブラウザフリーズして書きなおし…。これほど落ち込むことはないよ…。

今回は↓のマシンの紹介です。
DSCF4412.JPG

マシン名 TR-17Li
全長 520mm
ホイールベース 160mm
全幅 170mm
重量 約1kg

マイコン SH7125(秋月)
駆動系 高校生指定モータ 後輪1輪1個 合計2個
    ギア比80:8 タイヤ径51mm 幅30mm
ステアリング K&S KS180モータLS ギア比50:1
センサ アナログセンサ基板TypeS
    ジャイロセンサ、加速度センサ、ポテンショメータ
その他 キャラクタ液晶、電源電圧監視、USBシリアル通信機能(バスパワーでプログラムダウンロード可能)




作った当初の写真は↓
SBSH0301.JPG

こんな感じで、4WDでした。
駆動部分にも1輪1個K&SのKS180モータLSを使用していました。
が、ギアを組んで無負荷でまわしても常時1A、失速状態(タイヤスピードがない時、即ちタイヤを手でロックさせた時)は10Aと、異常に電流を食うモータです。
…というのを、マシンの完成後に知りまして、そこまでとは考えてなかったので、しばらくはPWM60%以上は出せなかったです。

で、異常にカーブ粘らないで飛んでいくなと思ってたら、なんと坂道の設計を20度で設計するというアホなことをやらかしたことに、だいぶ後になって気づいてしまいました。
そのため、現在は坂道をガン無視して改造されています。

ステアリングモータは2回、駆動モータに至っては4回も種類が変更されています。こんなに手間をかけるつもりはなかったんだけれど。



車体は全て3mmのA2017アルミ板で作られています。

ステアリング部分は、長野工業さんのステアリング部分を参考にして作った覚えがあります。(製作は去年の春先です)

CIMG0341.JPG

手持ちの部品で作れるように適当に設計したため、スペーサに無理をかけていたり、あんまりよろしくない組み付け方をしていたりといった部分が見られます。

ステアリング歯車は全て協育歯車です。
黒いギアはポリアセギアですが、白いタイプのポリアセギアと違って、フラットではありません。
そのため、アルミの車体の方に溝を掘って、ギアの形に合わせています。これでギアを無理なく車体に取り付けられます。↓の写真でその様子がわかるでしょうか?
CIMG0343.JPG

ちなみ先端には、最終段から42枚歯を通してギアを組み、なるべくポテンショメータ替わりのボリウムの分解能を挙げています。結構ギリギリだったはず。

上の写真の裏がこんな感じ。
その場の思いつきと勢いで作ったから、あんまり頭よくない設計。簡単にネジが取れるように、更に言えば部品点数を少なく、シンプルにすべき。
CIMG0344.JPG




回路の方は、センサ基板はTypeSのを使っていますが、メインの基板は自作です。

DSCF4389.JPG

3chのモータードライバをはじめ、ロータリーディップスイッチ、フルカラーLED、ブザー等
上に書いたように、バカみたいに電流を食うモータを使用していたこともあって、後付コンデンサがひどい事になっています… FETドライバの上の無理やりつけたコンデンサとかね、もうね。
マイコンの下にも、ところ狭しとコンデンサが犇めき合ってキモチワルイことになってます。
それでもあの強烈なモータには勝てませんでした…
質の悪いリチウムポリマーでも勝てない感じ。ちょっと容量多めの質のいいリチウムポリマーで何とか走れる程度。

microSDスロットが付いてますが、ピン数不足のため使ってません。
LEDかスイッチを殺しちゃえばたぶん回路組めますけど…
SH7125は性能がいいけれど、今までのマイコンカー基板の気分で設計すると、ちょっとピン数が足りない。
ロータリーディップスイッチ取って、EEP-ROMとプッシュスイッチ幾つか乗っければ、それでパラメータ調整できたよねこれ…。SDに足りないのは2本ぐらいだったような気がする。そのぐらいすぐに用意できそうな気がするんだけれど。

液晶に表示されてるのはバッテリーの電圧です。
この時はUSBバスパワーでマイコンを動かしてるので、バッテリー電圧は0Vとなっています。


ハンダ付けはあんまりうまくない。
CIMG0333.JPG


やり直す度に汚くなっていくUSBシリアル変換IC うん、下手くそ。
CIMG0337.JPG


まだスマートでシンプルだったときの回路。ここからだんだんと悪化していったのです。
SBSH0290.jpg


載せ忘れましたが、エンコーダは矩形波出力ではなく、擬似正弦波出力のものです。(安かったからってだけ)
そのため、矩形波に波形を補正する回路が必要です。私はインチキコレクタ接地回路を作りました。
なんでそんな回路なのか、全然わかりません。というか覚えてません。たぶん適当にググったんでしょう。(悪い見本なんで見習わないで…)
本来なら、ちゃんとコンパレータなりを使って回路を組むべきだと思います。

ジャイロセンサは使ってみたかったんですが、積分したときにうまく角度にならなくてしばらく放置。
最近改めてその問題に挑もうとしたら、ありえないほど出力がふらついて使いものにならない値しか帰ってこなくなりました…。何らかのダメージがジャイロセンサに加わってしまったんだろうか…勿体無い…。




そういえば、横須賀大会の時に周りをきょろきょろ眺めてたら、「ジャイロがジャイロがー」って言ってる人がいて、「へぇ、ジャイロ使ってる人いるんだ」って思ってたら、ジャイロの動作確かめるのに車体を左右に平行移動させて動作を確認してた。
うーん、それジャイロで検出させる動きじゃないからー!って突っ込もうかと思ったけれど、調整する姿が幸せそうだったので見て見ぬふりをしました。

一応言うと、車体自体の前進後進する力は加速度センサで。
それに関係なく、マシンが自転する角速度を測るのにジャイロセンサを使います。
調べればいくらでも出てくるので、そのへんは興味に合わせて調べてみてください。
この辺の動画がわかりやすい。








そんなこんなで、それほど悪くはないステアリングになったのでアナログトレースも思ったより楽に制御できます。
はっきり言うと、現行のBardiaよりプログラムは頭が良いので、システムの完成度としてはこちらのほうが上です。プログラムの完成度とするとBardiaの方ですが。

新しいメインマシンを作っていないので、実験として作る程度ですが…。

SBSH0263.JPG

ギアヘッドを使わないステアリングを作ったのは、真面目に次に作るマシンは、自分でギアを組もうと思っているから。
ちなみにステアリングに使うモータはRE16でもRE-maxでもないです。他の人と同じだと面白くないし。
posted by Tmk at 07:49 | Comment(0) | TrackBack(0) | MCR・活動記録

2011年09月09日

横須賀大会参加のマシン

大して速くもないマシンのレポートですので、暇な方や興味のあるという奇特な方がいましたらどうぞ御覧くださいませ…。

本来は新しくマシンを投入したかったのですが、私の作業進度が遅くて断念。
研究室の方の仕事が入ったり、加工時間が無かったり。あんまり言い訳になんないですけど。


今年は電力制限の関係で、部室棟が朝から午後4時まで電気使用禁止とか意味分かんないことを通知しやがりまして、CNCも長時間かけられないし、あんな暑いところにクーラー無しとかやってられないし。
ちなみにうちの大学の部室棟、普段は朝7時頃〜夜11時45分までしか開いていないです。
大学祭1週間前等の特殊な条件を除いて、宿泊等は一切許されないのです。この辺も他大学と違うのかな…?

更に、普段調整させていただいてる30Mぐらいのコースは別キャンパスにあって、いつもはそこで調整しているのですが、震災関連の影響(建物自体の震災被害ではない)で建物が閉鎖。
コース自体はサークル所有のものではなく、大学所有のものなのでどうしようもできない。

他大学みたいに部室が広いわけではないので(部室は畳8畳程度一部屋のみ)、週1回会議室を借りて(規定で週1回のみしか借りれない)、自前のコースを出すことしかできない。
大学が所持しているコースとは別に、今年度のはじめに公式コースを購入しました。
けれども長さはせいぜい15M程度。坂道なし。全然満足に調整できる状況ではないです。
去年までは過去に自作したツルツルデコボココースで調整していました。

最大限広げても↓の程度が精一杯。(写真は中学生へのデモ時)
SBSH0429.JPG
メンバーも私含めて3名しかいないので、なかなか大変な状況です。

…という前提のもと、今回マシンを作りました。




CIMG0299.JPG

今回はこんな感じの見た目になりました。

重量 990g(電池込み)
ギア比 60:7(京商の7枚ピニオン使用)
タイヤ径 51mm
ホイールベース 180mm
トレッド 165mm


ホイールを縮小するために、フライスでゴリゴリ…。
最近サークルに新しい卓上フライスが来たので、以前より削りやすくなりました。
削っただけの写真が↓
CIMG0203.JPG

だいぶ痩せてしまった。
ホイールベースがちょっと長めなので、なおさら細く見える。ってことで車体をつくろうと思っていたのですが…。

Maxonモータ破損。

3年程度しか使っていなかったのに…。
巻線や整流子の部分は大丈夫そうなのですが、そこから先で断線があった模様。どうやっても直らす、ネジを取ったりいじったりしてみたら、穴から白煙が…。

この時点で試走会前日夕方。
モータ予備なし。


ギアヘッドがないモータを使って必死こいて突貫設計して、ギリギリまで粘って、結局加工時間がなくて断念。
その日は寝ないで設計したりプログラム書いたり…。



そんな絶望的な状況で、翌日はMaxonモータを店頭で売っているというヴィストンロボットショップへ行きました。
そしたら、店頭在庫はなくてマクソンジャパンに在庫の問い合わせを行ってから販売するとのこと。
内心店頭販売の意味ねぇじゃんとか言おうかと思いましたが、状況が変わるわけでもないし、めんどくさいので、確認手続のみ行ってから秋葉原を彷徨った私。

Twitterで嘆いていたら、jonおにーさんから「モータ貸すよ」とのお言葉が…!
即大学に帰ってモータを貸してもらいました。マジでありがとう!
後輩のkazushimoshimoにも声をかけてもらったのですが、ちょっと型番が違ったこともあって今回は借りなかったです。心配かけちゃってごめんね…。

で、モータを貸してもらってギアヘッド交換。どうやらギアヘッドが損傷してるらしいけれど、交換しても大して変わらない…。まぁいっか。


CIMG0228.JPG
↑みたいにRSコンポーネンツでギアヘッド購入すると、Maxonの刻印が一切なくなって、RSのロゴと型番が入るみたいですよ。

モータが入手できたので、トレッド拡張作業。
送りパラメータをいつもの1.5倍ぐらいのスピードにして無理やり加工&間に合わせ。
そうこうして部室が閉まって、家で組み立てたり調整したりするうちにまた日が登って出発の時間。

この時点で、ギア比を60:8→60:7にしたりタイヤ幅が変わったりしてから、1回もコースで走らせたことないです。

さらにあんまり食事をとれていないこともあったり、下痢気味なことも重なって腹は痛いし頭はフラフラ。
これが大会当日の午前中までずっと続くことになります。



で、大会会場のミニコースで走らせてバグ取り…。
時間もないし、トップスピードとか速度の収束状況なんかもよく分からない。
なんて言っている間に1走目。

停止距離を20Mにしていたことを、車検後に思い出してアワワワワ…。
…と思っていたのですが、停止距離に到達する前にクランクで脱輪。パラメータが前の状態とぜんぜん違うみたいでスピンしてる…。

そのへん調整して、2走目はなんとか完走。
1年前は平均3.3m/sあったのに、今回の大会では平均2.8m/sしか出てないとか。
そんな状況なのに人数が少ないこともあって決勝トーナメント。
予想通り1回戦であっさり負けましたとさ。



ギア比の変更で、だいぶ加減速が良くなりました。
が、根本的にタイヤが細くなったので、パラメータの限界の感覚が変わって調整もうまく合わなかったです…。正直以前の速度まで戻せるかは微妙なところです。
ただ、なるべくこのマシンは今後の大会には出したくはないです…。いい加減新しくしたい。


10月に神奈川工科大学さんでまた大会があるそうなので、ちょっと出たいなと考えつつ、時期がよろしくないなと…。
応用情報の試験が近かったり、つくばチャレンジの開発が詰まっていたり。




また近いうちに、今後のマシンのちょっとした試作機みたいな位置づけの↓のマシン紹介もすることにします。

DSCF4412.JPG
posted by Tmk at 03:22 | Comment(0) | TrackBack(0) | MCR・活動記録

2011年09月07日

第8回MCR横須賀

9/4のMCR横須賀に行ってきましたー。
いやはや、ここ数年で一番大変だった大会でした。

なんかアンテナを見ても更新する人が少なくて、若干寂しい感じでもあります。
公式サイトでもまだ更新がないようなので、雰囲気ぐらいはお伝えしたほうがいいかなと思いまして。

そんな考えでもあるので、私の状況は別記事にしておきます。


CIMG0236.JPG

新しいデジカメ(EX-ZR100)を初めて活用してみる。
前使ってたのより広角で、狭い場所でもコース全貌が入るのは結構いい感じ。
やっぱりという感じですが、皆様のEXILIM所持率が非常に高い…!ま、当たり前でしょうな。

話戻って、コースはJMCR全国大会辺りの難易度なのかな?腕試しには丁度良い感じなレイアウト。
写真は予選の時です。決勝トーナメントでは逆回りになりました。


一般参加40台、高校生33台で、それなりな規模の大会でした。

高校生の参加校を列挙してみると
可児工業、藤沢工科、磯子工業、宇都宮白楊、駒ヶ根工業、真岡工業
と、近くの高校といつもの高校という面々。Basicのマシンも何台か。

さすがの横須賀大会、一般の方にも常連の方がたくさん…!
遠くから来られている方も沢山いました。毎回の事ながら、お疲れ様です。

大会の雰囲気としては、運営の方々が素晴らしく活躍されていたおかげで、とてもスムーズな進行でした。
調整用ショートコースも控え室にはあって、当日会場でシェイクダウンなんていうアホなことした私も有効活用させて頂きました。無かったら当日完走なんてとてもとても…


公式発表が一番良いと思いますが、一応会場で配られてた結果一覧です。
Top-1.jpg

優勝に防衛大さんの画像処理マイコンカー。
まさか滝田先生自身が決めた、10秒マイナスのハンデがこんなことになろうとは誰が予想しただろうか…!

唯一のRXシリーズマイコンを使用したマシンで、震災の影響でマイコンが入手できなかったから、Interface5月号からマイコンだけを剥がして、自前の基盤に搭載したとのこと。すげぇ。

そういえば、マイコンの種類ですが、
・H8 35台
・SH7125 2台(2台ともうちのサークル)
・R8C/38A 1台
・R8C 1台
・RX62N 1台
という感じで、未だH8が圧倒的多数です。
今年は震災もありましたし、移行がスムーズにはいかなそうです。
大部分の人には、移行する理由がないですし。お金がかさみますし。個人の方だと特に。


それと、「タイヤ幅」と「高校生のモータ個数制限」、「レーンチェンジのガードレール」
も今回は採用。タイヤ幅についてはゆるーい規制で。ジャストで作るとすぐに車検が通る程度でした。きっと高校生の大会はもっと厳しくなると思います。という予想です。
ガードレールは、今回は発泡スチロールパネルを切ったものを置いてました。
私のマシンもですが、ぶつかってパネルが倒れる場面が結構有りました。それでも、ちょっと姿勢を乱す程度でぜんぜん大丈夫なマシンがほとんどでした。
あれが公式大会で使われる硬質ゴムだったら…ちょっと怖い感じ。

高校生のモータ個数制限は、やはり上位の高校を中心にかなり苦しんでいる模様です。
全然マシンの挙動が違ってくるので、今までの設定では通用しなくなるんでしょうね…。


横須賀大会事務局の皆様をはじめ、運営にあたった皆様、また参加された皆様お疲れ様でした。


動画は…大してうまく取れてないので、暇があったらちょろっとだそうかな程度にしか考えてません。
Ustreamを見ていただければ、雰囲気はつかめるかと。
posted by Tmk at 17:18 | Comment(0) | TrackBack(0) | MCR・活動記録