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。

プリント基板

気付いたら新作マウス(バイファイラ)が出来ていた。

大学生の夏休みなんだから、前回の更新から圧倒的成長をして圧倒的な進捗を上げているに違いない。。。そんな上手い話はありません!新作の機体ができたことくらい。機体が何台できたってソフトがしっかりしていなければ大会でいい結果も残せない。ソフト面での進捗はゼロではないですが、まだ実行に移せていません。
3週間前の僕「斜め走行のモジュールは作ったけど、今の機体で調整しても新作に移植はできないし、PIDゲインなんてガバガバ過ぎて、これで調整してもいいことない。PIDのゲイン調整を今からやっても直ぐにバラすのではやる気が出ない。」
という感じで夏休みの半分弱を適当に過ごしました。

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三国花火大会に行ったり、

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FA機器.comさんの「メカトロ部品学生無料」に参加させていただいたり。

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沢山の部品を譲っていただき、本当にありがとうございました。
特に以下の品が(個人的に)嬉しかったです。
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2SC5200というNPNパワートランジスタ95個と、

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カレントトランス沢山です。
普通に買うとトランジスタの方は1つ200円で、CTの方は1000円近くするようです。2SC5200は中高生の時によく使っていたので懐かしいです。昇圧回路作ったり、自作電源作ったり・・・
カレントトランスの方は、テスラコイルのフィードバック信号を受けるために使わせていただこうと思います。今までは、価格や適切な巻き数のCTがないなどの理由で自作のCTを使っていましたが、ここまで数があると、複数段使ったりして巻き数比の融通が利きくようになります。お金持ちになった気分で使わせていただきます。ありがとうございます。

その他、お盆はいとこの家で3泊したり、
福井から三重県の伊勢神宮まで運転してみたり、
一日中睡眠チャレンジをしてみたり・・・
充実とまではいかないものの、色々楽しいことしてました。

進捗が乏しいことの言い訳に時間を使って本題に入るまでの前置きがクソ長くなってしまいました。

新作マウスの紹介をします。
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機体名:バイファイラ(Bifilar)
基板厚:1.0mm
マイコン:RX631
センサー:ST-1KL3A(フォトトランジスタ)
MPU6000(ジャイロ)
  IE-512(エンコーダ)
モーター:Faulhaber_1717
バッテリ:LiPo_2S(7.4V)240mAh
重量:90g(バッテリー含む)
サイズ:100*69*24(ケーブル除く)

バッテリーは現在発注中で、上の写真では120mAhを使っています。また、置き場所もモーターの後ろにスペースを作ったのでそこに置く予定です。スイッチがバッテリーの下敷きになって押しづらい状態です。このバッテリーは薄くていいのですが、横幅が結構あるのでタイヤのトレッド幅を縮めた機体では、後ろに置くことができません。バッテリーはAliexに注文したのでいつ届くかわかりませんが、まあ気長に待ちましょう。そろそろ3週間経つので届いてもいいころです。名前に関してですが、これからは何かに統一した名前にしていきたいと思います。これからのコンセプトは"フィルター"です。フィルター回路を少しでも勉強したことがある人ならわかると思いますが、トロイダルコアに電線を巻き付ける際に、その巻き方にバイファイラ巻きというのがあります。このような関連でやっていこうと思います。トレーサーもです。

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前作との比較です。センサーの数が増えていることが一目でわかると思います。それとモーター辺りに肉抜きの部分。

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bandicam 2016-09-08 20-37-39-055

モーターマウントを見るとわかりますが、左が新作で、モーターを1mm下に落としています。なぜ1mmかというと、基板厚が1mmだからです。落とし過ぎてもいけません。

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そして基板にミスが発覚。回路的なミスではなく、モーターが入らないという物理的なミスです。上の写真と比較するとわかりますが、肉抜きを更に拡張しています。2mmにしないといけない部分を3mmで設計していました。(どうして気付かなかったんだろう・・・) それに伴い、削った部分の配線も粉になってしまったので、UEW線でなるべく見えないように繋げました。少し見えてしまうので、今度緑色のUEWを使おうと思います。画像ではレギュレータが外されていますが、これは5Vラインがショートしていたのでトラブルシューティングで外したものです。モーターのコネクタと壁用のLEDを取り付けた途端レギュレータが熱々になる症状が出ました。取り合えずテスターで導通チェックをして、5Vラインのショートを見つけ、レギュレータやコンデンサなど、問題があるかもしれない箇所を取り外していきます。それでも尚導通する5Vライン・・・結局問題があったのは6Pコネクタでした。はんだを流し込み過ぎたみたいで、黒いプラスチックの中で隠れて導通していたようです。これくらい小さな基板なら順を追って動作確認していたらトラブルシューティングも早いのですが、もっと大規模な基板の修理なんてやりたくないものです。そもそも、今回の肉抜きの寸法ミスをしても、1枚の基板なら手作業でどうにでもなりますが、これを仕事にしようと思うと、一か所間違えただけで大規模な損害になってしまったりするので、この手の職はレベルが高いとしみじみ思います。プログラムを書く仕事もやってみて大変だと気付いたし、基板設計や回路設計も仕事にはなぁと思ったりして、趣味にしてるからこそやりたくない仕事という、子供が考える「趣味を仕事に」とは一味違うものを感じます。
話が脱線してしまいました。

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モーターを4mm前に出したので、いい形に収まっています。前作と比べて、トレッド幅が広まったように見えますが、実際には前作より更に1mm縮めています。コンパクトになったので目の錯覚が起きています。というか早くモーターのケーブルを短くしないといけませんね。ケースに入れて持ち運ぶ時も支障をきたしています。何より機体を迷路に入れたとき、ケーブルに当たって初期位置がズレることがあります。何かと後回しにしてしまう部分ですが、一番見た目に影響を与える部分でもあるので早めに。

簡単に動作確認をしてみました。
パソコンにセンサー値やジャイロの値、エンコーダー値を表示させて動作確認をしてもいいですが、一番手っ取り早いのは前作の機体のプログラムをちょっとだけ弄って流用して走らせること。一発で動いてくれたので嬉しくなりました。ハード製作は過去最速で完成したような気がします。殆ど前作の流用なのでノーカウントかもしれませんが、基板設計とマシン設計は2日、CNC加工は3時間、はんだ付けは
8時間で完成です。前作の反省点を生かし、結構気に入った機体に仕上がりました。この記事のタイトルが「気付いたら」になっているのも、結構早いスピードで完成したからです。

そういえば、まだマイナーな部分の変更点と、なぜ細かいことなのにわざわざ作り直したかを書いていませんでした。まずはセンサーがまともになったことです。今までのセンサーは、海外から安物を輸入して使っていたのですが、実は右壁と左壁のセンサー値は左右で倍違います。一応それっぽく走らせることはできるものの、これから制御を詰めていこうと思うと、ソフト側ではなんとかならないレベルで質の悪いセンサーです。これからは正規品を買おうと思います。それにしてもフォトトランジスタが10個で三千円って高くないですか?基板を10枚発注して2500円なので基板の方が安い。
次に段差が2mmまで許容範囲になったこ とです。今までは0.5mmの段差が精一杯でした。というか、前方部分は摩擦を軽減するテープが常に地面と擦っている状態で、ブレーキの時はタイヤのグリップはかなり低下していました。今回は車高を1.5mm上げたので、段差対策にもなりますし、ブレーキングの安心感も上がりました。
次に壁切れをしやすいセンサー配置にしたこと。実は少し横壁センサーの角度を変えています。基板の肉抜きを前作と比較すると、若干形が違うのが分かります。本当にこれがいい角度なのかはやってみないとわかりません。もしかしたら全日本までにもう一台作ってるかもしれません。
そして真ん中についてるセンサーについてですが、このセンサーは先輩に進められたわけでもなく、自分が欲しいと思ったので付けました。これがあると、探索の時変な場所を見て前壁があると誤判定することもなくなりますし、連続スラロームのときの位置補正ができます。これは先輩に教えていただいたことです。そして何より、未探索加速ができるのではないかと期待しています。探索走行を見ててつまらないなと思うのは、一直線なのにスラロームしやすい速度でノロノロ走っているからです。2区画先まで正確に判断できれば、直線を行ける時は加速することができます。これをしようと思ったら、今の足立法では対応できませんが、少し弄ればいけそうなので夏休み中に頑張ります。マウス十則にもありますが、探索のスピードを求めるのは一番最後のことです。斜め走行等を実装してから探索の速度を上げようと思います。
そして最後に、なぜわざわざ作り直したか。それは前作マウスがトレーサーのメイン基板となるからです。トレーサーのセンサー位置や、ちょっと変わったことに挑戦することもあって、頭の中でシミュレーションするよりも、実際に作ってみるのが確実です。マウスでスピードを出すのも楽しいですが、ライン上でスピードを出すのも楽しそうです。車と違って失敗してもOKなので、スリップ限界まで速度を上げられることは結構魅力的です。

今月の進捗はこれくらいです。マウス、トレースの両方ともソフト側の進捗もそこそこあるのですが、まだ機体ができていないので実行できません。早くバッテリー届いてほしいな。勿論、来月には斜め走行ができるようになっていて、トレーサーのプロトタイプ機も動いているよな。うんうん。

自作プリント基板を海外の業者に格安で発注しよう

明けましておめでとうございます。
今年もご指導ご鞭撻のほどよろしくお願いいたします。

さて、今回はプリント基板を自宅で製作するのではなく、 海外の業者の方に基板を発注してみたいと思います。前の記事でプリント基板の依頼を受け付けると言っていましたが、自作の方の基板製作の受付企画は終了しました。代わりにこちらのプリント基板代理発注サービスを開始しようと思いますので、海外にお金を振り込むのは怖いという人や、やり方が合ってるか不安だという人のための企画です。また、私も基板発注を考えていた場合、送料は割り勘になりお得です。コメント欄かtwitterにでも一声掛けてください。

今回初めて基板を外注してみることにしました。 日本の業者さんだと数万円掛かるところを、海外業者ではその10分の1ほどの値段で製作を行ってくれます。送料の方を心配されるかと思いますが、大抵$8ほどです。日本国内の配達送料と然程変わらないかと思います。

今回発注する予定の基板はこちらです。
bandicam 2015-01-20 21-04-19-102
テスラコイルの制御回路です。前回の記事で左下の回路を載せたかと思いますが、GDTはやめて文字を書くためのスペースにしました。よく考えたらハーフブリッジで駆動することなんてまずありませんからね。簡単に基板の説明をすると、左下が演算・制御・増幅回路、右下が突入電流抑止回路、左上が簡単なワイヤレス受電用のコイル、右上は筆箱にでも付けれるキーフォルダー的なもの。

それではどこの業者に発注するかです。候補として上がったのがFusionPCBElecrowの2つ。どちらがいいのかはイマイチわからないので、昔から続いていて先人も多くいるFusionPCBに決めました。Elecrowは次回挑戦してみようと思います。

まずは基板のガーバーデータを準備します。Eagleの*.brdデータを直接送ろうとしても受け取ってもらえないので注意です。ガーバーの出力方法は適当にggればすぐに出てきます。
ガーバー出力すると色々なファイルが生成されます。
bandicam 2015-01-20 21-42-43-469
例えばこんな感じの。これは修正前なので文字が散らかってますね。ガーバーの確認の必要性が見受けられます。ガーバーの確認にはP板.comの出しているCADLUS Viewerを使用しました。これでしっかり確認してから発注しましょう。

bandicam 2015-01-21 00-07-35-538

bandicam 2015-01-21 00-07-43-338
他にはこんな感じのレイヤーもあります。一つでもファイルが抜けてると残念な基板になってしまうので慎重にファイルを確認してください。

それでは発注です。上にFusionPCBのリンクつけておいたので、そこから必要事項を記入して進めていけば意外と簡単に発注できます。
bandicam 2015-01-21 01-04-53-553
これで発注成功です。

気になる値段ですが、100*100の基板*10枚にグリーンレジスタ、レイヤー2、厚み1.6mmその他標準設定で$21.9+送料$8.1で合計$29.0でした。クレジットカードで支払って、引き落としが3,601円。最近は円安の影響で高く感じられるのが痛いですね。でも日本と比べれば感動するくらい安いことがわかります。現在商品が届くのを待ってる状態です。発注したのが1月21日の深夜2時頃。さて、いつ届くでしょうかね。基板のできが気になります。(H27.1.26追記:今日FusionPCBから発送したとのメールがありました。)

それからElerowとの比較も近いうちに出来そうです。Ponsさんの発注する基板に空きがあるということで、
bandicam 2015-01-12 20-43-13-155
こちらの基板を入れてもらえることになりました。こちらは2/7くらいに発注予定です。便乗者はお早めに。

それでは、よいプリント基板ライフを

個人レベルの自作プリント基板の製作

やっと期末テストが終わり落ち着いているHaidoです。手ごたえは中々いい感じでテストの返却が楽しみです。
久々の更新と言うことで色々書いたら文字だらけの記事になってしまったので要らない部分は飛ばしてもらって結構です。

さて、更新空いてしまいました。と言うのも、まだネットには書けない研究をしてるからでして、 決してテスラに飽きてしまったとかではないんです。ネットに書けないというのは某研究発表のテーマとして「テスラコイルを利用した○○」について研究します。詳しいことが何一つ言えませんがご了承ください。今後はこっちをメインでやっていくので、更新が減ると思いますが書けることは書くので引き続きよろしくお願いします。

さて本題です。 
今回から自作のプリント基板の製作環境が整いつつあります。と言っても私がするのは基板CADで部品を配置して 配線する作業だけなのですが。そのデータを数ヶ月前オフ会した雑学追究室のK氏に送り、レーザープリンターで印刷し、その印刷した紙を生基板に押し当てアイロンがけをして生基板にパターンを移したら腐食液に投下し余分な銅箔を取り除きます。その工程は家に作業環境がないことを言い訳にK氏にお願いすることにしました。

肝心のお値段ですが、100×150で800円とのこと。精度は最小0.05mmまでと個人レベルではいい感じ。プロの業者に発注すると本当に高いです。仮にP板.comという業者にK氏と同じサイズで見積もりしてもらいました。その結果・・・・

なんと28倍の値段!!

基板でこれはおかしくないか・・・・
これは1枚の値段だからこんな感じになってますが、10枚頼んだら10倍になるとかではなく、複数枚購入でどんどん数量割引されていきます。それもそうですね。素人の希望で一々試作基板をプロが作っているのでは手間がかかり過ぎる。だから1枚とかでは発注し辛くなる値段に設定しているのかもしれません。
まぁ表面の印刷とかレジスタもされてるし加工精度もいいから全部が全部K氏よりいいとは言えないんだけども。

それにしても高い。個人では到底プロに外注できそうにないことが分かった。
 
でもいつかプロに外注出来たらなと調べていくと、中国の基板メーカーPCBCARTという業者が激安とのこと。まぁ元が2万とかなんで期待はしてませんが。 (H27.1.25追記:Elecrowがどうやら最安のようです。)

他人のブログを見漁ると大体の相場が見えてきます。特にこちらの方のブログが分かりやすいです。実際に見積もってみて数量との関係なども調べています。

それでもまだ高いので色々調べてみると、wataさんが基板を外注していたときに使用していた業者の方が安いことが判明。FusionPCBというところです。wataさんのSSTC基板が一枚350円でできたとのこと。(10枚購入時の値段)
私も孰れ基板をプロに外注できるような基板設計できるようになりたいですね。 

話が逸れましたが今回はK氏に外注です。個人で使う分だけ欲しいので助かります。今回使用した基板CADはEagleというソフトです。PCBE派やKiCad派の人など様々ですが、Eagleの方がデザイン性と直感的操作性が優れているようなのでそちらを使います。

Eagleの特筆すべき点は自動配線機能がついていることです(KiCadにも付いています)。回路図を書いてボードに好きなように部品を配置して自動配線をクリックするだけで配線が完成します。設定が色々あるのでそれらを弄ると思い道理の配線に近くすることができます。手動の配線でも、アシスト機能がついているのでICの端子をクリックしたらどこの端子に接続すればいいかが一目でわかります。万が一変なところを繋げようとした場合には配線できなくなっています。好きなようにかっこよく配線を書いていくだけなので楽ですね。

最初は部品選びで萎えると思います。慣れてくるとどこにどの部品があるかとかが分かってくるのでスムーズに基板設計できるんですけどね。ある程度自分が使う部品分かってきたら必要な分だけ部品を表示させる設定に変更すればいいかもしれませんね。私はまだ全部品表示にしているので少し時間が掛かってます。

そして完成したのがこちら。
画像をクリックすると拡大します。

1、バーストモード付きインタラプタ
bandicam 2014-07-13 13-22-18-725

スティーブ氏のNE555を3つ使うかなり有名な回路です。ポン酢氏が基板の小型化のために頑張ってくれました。ICは表面実装部品を使うので更に小型化されています。


2、D-FF付きSSTC制御基板 ※未完成

公開中止

こちらもスティーブ氏の回路ですが過電流保護の部品は要らないので省いてあります。トリオテスラにはこの基板を使うことにします。このレベルのものを流石に3枚も同じ基板を手配線するのは骨が折れますからね。


3、GDT,フルブリッジ回路

公開中止

これを上の制御基板に繋げて信号を受け取り、FET4つを制御してテスラの1次コイルに電流を流してやります。


4、One Board SSTC

公開中止

一枚の基板でできるSSTCです。スイッチング素子1つでとても簡略化されています。この基板一枚に演算回路とFB回路とインタラプタ(D比50%固定だが周波数は可変可能)と共振コンデンサに電源回路、スイッチング素子にスナバまで超簡易だけど詰め込んであります。1つ心残りなのがACラインフィルタがないことですね。それは外付けと言うことになりそうです。ラインフィルタ基板も一緒にしてしまおうかと現在検討中ですが。もしかしたらラインフィルタは別基板になるかもしれません。それだとこのネーミングが通用しなくなってしまいますが、その方が使い勝手がいいのです。悩みどころですね。テスラコイル欲しいという人にミニテスラ上げます。(注意:現実で会える方限定にさせていただきます)

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この回路は完全に思い付きで作った回路なのでいきなりプリント基板化も気が引けるので、適当にユニバーサル基板で試作品作ってみました。K氏はいきなりプリント基板化しながら修正していくそうです。羨ましいですね。


5、昇圧チョッパ

公開中止

こちらはponz氏の希望で製作したものです。低エネレールガン勢には昇圧チョッパで十分なようです。私もこの回路でコイルガンやレールガン作ろうと思います。


6、充電停止回路

公開中止

これはさっきの昇圧チョッパに挿して使用します。この回路を昇圧チョッパに挿せば可変抵抗で好きな電圧で勝手に充電を停止してくれます。これで高圧安定化電源作れそうですね。充電停止要らない時は抜いとけばいいという素晴らしい設計。

以上、これのEagleデータをK氏に送り基板を焼いていただこうと思います。完成が楽しみですね。(追記:K氏にお願いをしてから1ヶ月以上経つのに進捗0なので諦めて自作することにします。)
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