A's LabⅡ

アスラボと読みます。ロボトレースやマイクロマウスの大会に向けて、機体の構造設計・回路設計・基板設計・プログラミングを中心に行っています。趣味のパワーエレクトロニクス系では、テスラコイルやコイルガンなどを製作・評価・改善を繰り返しています。興味を持って頂ければ幸いです。アドバイスや感想などございましたらコメント欄にお願いします。

!!DANGER HIGH VOLTAGE!!
このブログには生命に関わる危険な記事が含まれています。
強電系の工作にはある程度の知識をつけてから全て自己責任でお願いします。
この記事を参考にして事故が起きましても、当方は一切責任を負いませんので予めご理解ください。

中途半端な作品達の寄せ集め

ブログの更新が遅れてすみません。ここ一か月はロボトレースの機体の設計や期末試験勉強などがあり、まとまったネタがなくて何を書こうか悩んでいました。完成品はありませんが、この1か月の活動と過去の活動内容の書き漏らしも補って進捗報告をしておきます。個人的な日記ですがお付き合いください。

まずはレールガン(2015.10.4)。どうしてこのタイミングでレールガンに手を出してるのかという疑問を抑えて、アルミ板とアクリル板の切り出しを行いました。使用した工作機械はプロクソンのサーキュラーソーテーブルです。ある程度の薄い板はスパスパ真っ直ぐに切れるのでお勧めです。
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どうして今頃レールガンなのか?実は高校1年の夏からレールガンを作ろうと企画していていました。しかし、レールガンの研究では再現性を求められる場所への論文提出や出展には使えないということで、別の研究に力を費やしました。このブログの一代目を知っている人なら分かると思いますが、設計図を書いて回路図も書いて重たい金属板のやすり掛けまでしていました。それでも実用性や発展性、再現性を兼ねたものの方がいいことは確かなので変更したわけです。このレールガンの企画にあたり、高校の教師を巻き込んで製作していたので、途中で打ち切って申し訳ない気持ちもありました。そこで大学に入った今レールガンを作ろうという試みです。今度その教師に会う時に会話のネタになればなと。今思い返すと、あの時はやらなくて正解だったと思います。あれから3年が経ちますが、設計を練って練って練りまくったので自分でも製作が楽しみです。レールの多段化、磁力強化のオーグメント式、強磁性体のプロジェクタイル、先端の弾速計、ハイスピードカメラ等々、昔は考えもしなかったようなものを搭載します。そのあたりはもう少し作業を進めてから詳しく書きます。因みにレールガンの主電源は半年前にオークションで落札した1個100円の電解コンデンサです。
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LCRメーターで計測したところ、静電容量は若干落ちてるようですがESRはそこそこなので使えるかなと思います。このコンデンサが10本眠ってます。


そして不飽和ポリエステル樹脂の硬化実験について。(2015.10.8)?
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Yahooショッピングのポイントが貯まりに貯まったので、思い切って樹脂を4Lとシンナー2Lを買ってみました。樹脂の半分は透明封入用ポリエステル樹脂ノンパラフィンタイプ、もう半分は補修用硬化ポリエステル樹脂インパラフィンタイプです。缶の上にあるのは硬化剤です。どう考えても使い道ないだろと思った方、私もそう思います。というのも、最初は無色透明な樹脂で綺麗なガラス風アートを楽しもうと思っていたのですが、実際に使ってみると臭いの強烈さに絶句しました。安かっただけに品質はそういうもなのでしょうか。
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こちらは透明封入用ポリエステル樹脂ノンパラフィンタイプのサンプルです。黄色い水性絵の具を色々な溶かし方で試してみました。結果は絵の具が玉になっていると、その部分は硬化しないので変な形になるという当たり前の結果に、完全に溶かした方は割としっかり固まってくれました。
この春休み中に、色々な物を封入して遊んでみたいと思います。
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それとビニールカップで硬化剤と樹脂を調合していたのですが、相性が悪いのかボロボロにメルトしました。こぼした覚えもないのに何故か新聞が濡れてくるなぁと思っていたらこれですよ。
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こちらは補修用硬化ポリエステル樹脂インパラフィンタイプです。色が全然違うことが分かります。値段はこちらの方が安価でした。そして硬化時間についてです。仕様書には24時間で硬化しますと書いてありましたが、1時間で固まります。固まっても完全ではなく、24時間置いたものと比べると強度が全然違いました。やっぱり待たないといけませんね。


続いての中途半端な製作物は「ミニ電光掲示板キーフォルダー」です。なんと5cm四方の基板でできています。こんな小さかったら掲示もなにもないだろという怒りを抑えて、早速現状の画像です。
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8×7の配置で設計しています。この制作にあたり、以下のサイトを参考にさせていただきました。この場をお借りしてお礼申し上げます。
Arduinoを使って8X8マトリクスLEDに日本語テキスト文字を表示する
やはりArduinoは情報が豊富で心強いですね。 秋月で販売されている8×8の200円マトリクスLEDは、1辺4cm弱とのことで、意外と今回自作しているものの方が大きいようです。そして8×8ではなく8×7にした理由は、参考サイトの動画を見る限り、一番下の行は使用していないみたいなので要らないかなという安直な考えです。それとスペース的に正方形の基板に収めるなら一列減らしたいですしおすし。簡単にスペックをまとめておくと、マイコンは5mm角のATmega328でArduinoブートローダーを書き込んで使います。裏に太陽電池とEDLCを備えていますが、基本はマイクロUSBの接続でモバブを電源とする予定です。モバイルブースターは13000mAhの物を使う予定なので、ずっと付けっぱなしでも1ヶ月くらい持ってくれると思います。過放電保護回路はモバブの物に期待しているので、特に今回の基板には付ける予定はありません。それから、まだ書き込み端子やユーザースイッチなど、基本的な物も付けていません。そんなに時間は掛からないと思うので早いところ完成させます。
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これが基板の裏につける太陽電池です。44*35のサイズしかありません。出力は、解放状態だと5V、短絡状態だと40mAです。全く期待できない低スペックなので、飾り程度にしか思っていません。EDLC(電気二重層コンデンサ)については、1個50円の0.22F3.3Vを2つ直列にして使用します。そのコンデンサに5V充電した状態で、電光掲示板の点灯率を30%として簡単に計算すると、発光時間は10秒ほど。マイコンの動作電圧の関係もあるので実際はもっと短い。素直にモバブから給電します。
 基板ネタといえば、テスラコイルのパワー回路部分のデータを作ったり、新作コイルガンの何枚も作らないといけない部分の回路のデータを作ったり、ミニテスラコイルのデータを作ったり、表面実装部品で高電圧発生回路のデータを作ったりと、発注はしていないけどデータはあるというものが大量にあります。今度まとめて発注します。。。


そして最後にAStrace_ASPERAの話です。基板は春節の影響で未だに届きません。進捗がないかと言うとそうでもなく、私がマイコンの使用ピンについて無知なだけに大量にミスが見つかり、進捗が思いっきり後退しました。大会が一か月後なので今から基板の作り直しは出来ません。今回はこの基板に大量のジャンパーを使って大会に出ようと思います。センサーの配置など、色々と確かめておいた方がいいものがあるので、次の発注ではそれらを改善させてASPERAⅡを設計しようと思います。因みに名前の由来ですが、ASPERAとはラテン語で"ラフ画"や"大雑把"という意味です。センサー配置などデザイン重視で作ってしまったので、今後の機体に参考として繋げていければという期待が込められています。
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そしてDigiKyeで買ってしまいました。高級モーターです。2つで1万7千円程します。小さくてトルクの強いコアレスモーターです。昔は、パワエレ関係はお金がかかる趣味だと思っていましたが、一般的流通の多い部品やジャンク部品などが使えるので、それほど高くなかったのかなと思います。電子工作の深みはこれからなんだと楽しみであり少し恐ろしいです・・・

基板が中々届かないのでプログラムの方を進めているのですが、やっぱり実機がないとやる気になれないので3D-CADで遊んでみました。使用したソフトはDesignSpark Mechanicalです。これが使えると3Dプリンタ、CNC加工の際の基礎データが作れたり、MMDに取り込めばダンスさせたりもできます。
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どっちが前ですか?という質問には答えられません。すいません。


今回書こうと思っていた内容は以上です。その他の一ヶ月内の出来事と言えば、ラジコンヘリを派手に墜落させたり、一推しのアイドルと写真を撮ったり、3.7kgの巨大な大根が収穫できたり、一推しのアイドルがMCのラジオに投稿したコメントを読んでもらえたり、ダーツが本来刺さってはならない場所に刺さったり、一推しのアイドルが全国テレビの出演でTwitterのフォロワー数が2.5倍になったりと思い返せば色々なことがありました。まあどうでもいいことなので割愛しますね。

最後まで読んでいただいた方ありがとうございました。

2016年,あけましておめでとうございます。

 去年の今頃は高校生で制服を着て登校していたとは到底思えないくらい色々あって長い1年でした。理想のキャンパスライフを送っているとは言えませんが、趣味を思いっきりできることは嬉しい限りです。それにしても高校の頃叩き込んだ基礎的なアナログ回路、C言語や基板CAD技術がそのまま活かせるサークルがあるとは・・・

 さて、まずは去年の抱負を振り返ってみますか。
2015年後半に向けての抱負
 よくテレビやラジオなどのメディアで今年の抱負を語ってる人はいますが、ブログだと直ぐに遡って現状と比較できてしまうので怖いですね。だからと言って逃避する方がもっと怖いので比較します。

 早速冒頭の文が矛盾してるように見えますが、半年前に言ったのは半年間が短く感じたのであって一年間の話ではないんですね。その1年の中でも後半の6ヵ月間は北海道や東京に行ったり、自分のライントレースの機体を1枚のプリント基板を利用して製作したりしていたので中々貴重な経験ができました。1枚のプリント基板をベースにするにあたり、100pinマイコンの周辺回路やはんだ付け等、先輩達に助けていただきながら走らせられるところまでいけました。本当にありがとうございました。去年の抱負を読み進めると、「マイコンの技術力が一番上げられそうなマイクロマウス班に入りました。」とありますが、結局マイクロマウスは一度も手を付けられていません。それ以上にロボトレース競技がここまで奥深いものだということに半年前は気付いていませんでした。勿論マイクロマウスの方も奥深すぎるのですが、私の様な初心者が(一応)走らせられるマシンができて、DCモーターの基本的な制御法から賢く走行する為の考え方も学べる素晴らしい競技だと思います。まずはロボトレースができてからマイクロマウスに移ろうと考えています。基本的なモーターの制御ができないとマイクロマウスの"賢さ"以前の問題で死にそうなので。
 それからテスラコイルについてですが、これについては半年間一切触れ(てすら)いません。最早テスラコイルって懐かしいなと思えるくらいになってきました。その原因の発端を作ったのがaite○doなんですけどね。光ファイバー通信の技術質問を送ったのに一切音沙汰なし。こちらも忘れかけてました。近いうちに催促しようと思います。というか完全に向こうも忘れてるよな。現状と比較するのはこれくらいですね。

改めまして、新年なので今年の抱負を書きます。
 今年の一番目先の目標は現在製作中(まだ基板CADの段階)のトレーサーを2月中に完成させて、3月19日の某大会に出場して前作よりスピードを出して完走させることです。今回の機体はとにかくモチベーションを保てるハードを作ろうと設計しています。モーターに関してはトルク増し増しで、前作気を遣っていた機体の旋回時の慣性モーメントの優先順位をかなり下げて設計しています。というのも、前作の機体はスピードを出してコースアウトして壁に当たるとセンサーが折れてしまい、ひどい場合は基板から逝かれるような設計だったので、あれより速度を上げられるにも関わらず、スピードを出すパラメータの作成が億劫になっていました。初心の内は前にバンパーをつけて物理的に防衛を張った上で、ソフト面でフェイルセーフを調整していけたらなと思います。今作は勉強用の機体と割り切っているので、見た目重視でいきます。重さを極限まで追求する上位陣に蹴られそうな機体になりそうですが、自分のモチベーションを保ちつつ開発、調整できたらなと思います。
 そして今年全体の目標としては、やっぱり11月の全日本大会で好成績を出すことです。好成績と曖昧なことを言ってるのもアレなので明確な目標を立てます。決勝進出して15位以内の結果を出せるように頑張ります。それからいい加減マイクロマウスにも手を出さないと後輩に軽く追い抜かれるのもの不味いので、トレーサーが安定したらマウスの製作を初めて、全日本のフレッシュマンクラスでゴールまで導ける機体を作りたいと考えています。トレーサーを夏休み中盤までに安定させられたら嬉しいな。安定というのは加減速や色々な対策も込みの安定です。

 写真が一切なしの味気ない記事になってしまいましたが、取り合えず基板のデザイン等はお楽しみということで。さて、1年後の自分に恥ずかしくない行動を取って頑張らないと。

AStrace_α(2作目トレーサー)

お久しぶりです。更新が空いてしまいました。先月は全日本マイクロマウス大会があり、大学の講義が終わり次第サークルで活動って日々を送っていてブログの更新どころではありませんでした。大会もひと段落したので、今作の機体について覚え書き程度にまとめておきます。
 
全日本マイクロマウス大会2015のロボトレース競技に参加した機体です。
AStrace_α
●ロボット名:AStrace_α
●マシンスペック:
マイコン;RX631
センサ;φ3赤外線LED
φ3フォトトランジスタ
L3GD20(ジャイロ)
CNZ1023(エンコーダ)
モーター;φ7,20mmクアッドコプター用*4
重量:75g(バッテリー含む)
サイズ:110*150*35

この機体は特に個性を出すとかではなく、基本的な部品類の評価のために組んだ機体です。独自性もそれほどありません。強いて言えば、機体が無理なく旋回できるように慣性モーメントがなるべく小さくなるように部品の配置や基板の肉抜きを施したくらいです。それに伴い耐久性は低くなってしまいましたが、基板の耐久性の評価も出来たのでよかったです。

大会の試走コースで走らせた動画を撮影したので貼っておきます。

これ以上遅くできないってほど最低パラメータです。もっと高速にも挑戦できる機体ではあるのですが、下手をするとラインセンサーが折れるので、この機体では完走できればいいと割り切ってこのパラメータのみにしました。
 
先に走ってる映像を張りましたが、これから製作中の画像をお見せします。
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こちらが発注して届いた基板です。100*100のサイズで発注すべく、横に出すウィング(SG、コーナーマーカーのセンサー)部分を肉抜きしたところにつけています。後ほど切り離してはんだで固定します。

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こちらは研磨及び洗浄の様子です。割とやられてない方が多いと思いますが、この工程をすると、ガザガザの部分がツルツルになります。やることは耐水且つ金属用の紙やすりで気になる部分を削って洗い流すだけです。直線の部分はいいのですが、曲線状にCNCが入っているところはガラスエポキシの性質上、ガザガザになってしまうので気になります。こんなに基板は必要ないのですが、色々な人にあげたので、12枚送られてきたうち結局手元には5枚になりました。更にそのうちCNCの加工が少し失敗してるっぽいものを除くと3枚です。まあ1枚しか使わないので。
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まずはマイコンと電源確認用のLED等、必要最小限の部品をつけて動作確認です。電源を入れるところはショートしないということを確認して自作の2Sリポを繋ぎました。最初勘違いで書き込みができず戸惑ってましたが、無事できたので一安心です。部分的に動作確認を細かくやることによって、どこに問題があるのか特定しやすく、無駄な時間を使わなくて済みます。蛇足ですが、電源確認用の真ん中のLEDは青から白に変更しました。

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それから今回のトレーサーで特筆すべき点は裏面です。基板の肉抜きを派手にやりたかったので、AD変換の配線をUEWを使っています。はんだ付け後、エポキシで固めて断線しないようにしてあります。コツがつかめれば案外綺麗にできます。テスラコイルのコイルを巻く要領で綺麗にします。爪でゴシゴシ伸ばしていく感じです。(伝われ~)

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こちらがモーターマウントです。左上の2つの穴がモーターを圧入する部分で、真ん中の六角ナットが填りそうなところがタイヤを固定する部分です。右上の穴 はエンコーダー用のスリッド付き円盤を取り付けようと思ってたのですが、時間が足りず諦めました。これができてればもう少しまともな制御ができてたんです けどね。1番下の二つは固定用のネジを通す部分で、その他の穴は肉抜きです。適当に。3DCADで設計したデータをその他諸々のソフトを使いCNCを駆 動し、樹脂を切磋します。この手の工作は3Dプリンターより切磋のほうが高速で高精度でいい感じです。

モーターはX5Cという結構量産されてるクアッドコプターのモーターを使用したので、1つ辺り200円もしていません。コアレスのブラシレスモーターが手頃に評価できるのはいいですね。使ってみた感想としては、入力できる電圧の限界が低いかなと感じました。3Vもかけるとモーターが変に唸り出して発熱もするので少し扱いにくい印象です。モーターを2つ直列にして掛けれる電圧を2倍にするという試みもしてみましたが、結局3Vかけるとタイヤのギヤが変に唸り出すので、制限を3Vにして使用していました。それなら1つでも良かったのかなと後から思っています。そもそもこのモーターはトルク重視というよりは回転数を重視した設計のようです。ロボトレースには扱いにくいかなと。こんなことを書いているのも、このモーターの参考資料がネットに出回っていないんです。なのでギヤ比とかも全て運試しになってしまいました。結果的にはもう少しギヤ比があったほうがよかった感じです。今回試したのは大体9T:54Tだったと思います。次はMAX5Vと書いてあるφ8.5のモーターを使ってみようと思います。まあそんな表記も気休めでしかないんですけどね。

次にラインセンサーについて。このLEDとフォトトランジスタはebayで買った格安品で、発光量がまちまちで扱いづらい品でした。これは回路面に問題がありそうな気もしますが、それにしてももう少し揃ってくれてても良いと思うくらいにバラバラでした。選定して使う必要がありそうです。今回は走行前にキャリブレーションをすることによって誤魔化して使っていました。次回は信用できるものを利用しようと思います。
斜め照射すると結局発光量がバラバラでも関係なくなってしまう感じではありますが。次回も斜め照射にするつもりですが、もっと合理的な斜め照射を企んでいます。

そして基板について。この基板はElecrowに発注しました。厚みは1mmで一番細い部分が5mmになっています。想像以上に強度はありましたが、少し撓みが気になるのでコンデンサのクラックが心配です。次はもう少し厚くして発注しようと思います。

そして最後に大会の結果について。マイクロマウス大会のロボトレース部門には121人の機体がエントリーをし、その中で66位でした。リタイアや棄権をした人もおられるので、完走できた機体の中ではかなり下の方です。ロボトレース競技にはまず予選があり、その中で成績が優秀な人は決勝に進出できます。今年は40人が選ばれました。来年は決勝に進出していい成績が出せる機体を作りたいです。
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CUVj0AXVEAQ53Cg

今は次回作の案を練っている最中です。誰もやっていない方法で上位に入りたいという願望が強いんですよね。期待はしないでください。

今大会のロボトレース決勝の様子がネットに上がっているのでリンクを貼っておきます。予選コースとは比べ物にならないほど複雑で沢山の罠があります。

この動画はアニキさんの1位の機体です。

素晴らしい機体が多くてとても楽しい時間でした。次の大会は3月にあるので、それまでに新作を製作して調整まで終わらせないといけないので、今から頑張らないといけませんね。先輩たちと違って理想的なライントレースプログラムや加減速のプログラムの構築ができていないので、それだけ早めに取り掛からないといけません。
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