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。

ロボトレース

2017年春休みの進捗

 ブログの更新は月イチで頑張ろうと思っていましたが、今年はまだ「あけおめ」の記事しか書いていませんでした。早速サボりがちです。進捗がないわけではありませんが、ソフトのマイナーチェンジや基板CADを弄っていると、現物がなくて記事にならないことが多いんです。今回は春休みの進捗について書こうと思います。

 まずは基板についてです。
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 今回はロボトレースのメイン基板と、マイクロマウスの基板を同時に発注しました。ロボトレースのメイン基板は、Bifilarをベースにラインセンサーなどトレースするのに必要なセンサーが取り付けられるような形に仕上げただけです。センサー基板は前作のものを使いまわします。というのも、前作のトレーサーはメイン基板にミスがあり、走らせることができなかったため、センサー基板を一度も使わずに終わってしまいました。よって、使いまわすというよりは、やっと出番が来たという感じです。
 基板の製作は、PCBGOGOに依頼しました。二つとも100*100mm以下に納めたため、10枚1200円で製作していただきました。送料は4人で共同購入したため、割り勘して千円程です。それと、4人の基板の合計金額が16,666円を超えてしまったため、関税が三千円掛かりました。それでも2種類の基板を四千円以下で製作できたのは安いと思います。

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 トレーサーはメイン基板をはんだ付けするだけで完成です。足回りはBifilarから貰ってきました。機体名はASPERAです。試作機という意味が込められています。この機体では簡単なオドメトリと加減速走行や、確実なフェイルセーフなど、ベースとなるソフトを開発する目的で製作しました。次回作ではもう少し物理的に美しい形に仕上げたいと思います。何より最初はハードを短時間で仕上げることが近道だと思います。一度に完璧を求めても、各センサーの配置などは使ってみないとわかりませんからね。

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 まだブレーキランプやハザードランプを付けてないので、実際にはもっと光りますが、現時点での重さだけ測りました。これからトレッド幅を広げたり、センサーを固定するネジを付けるので、5gほど重くなる予定です。

 この動画はR10の円を1.2m/sで走らせている様子です。タイヤのグリップが著しく低下していることと、機体の大きさに対してトレッド幅が狭すぎることを改善すればもっと速度を上げられそうです。制御も満足に組めていません。これからゆっくり考えようと思います。

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 自宅にもトレースコースが欲しいと思い、ベニヤ板に黒のペンキで塗りました。2度塗りをすると結構きれいです。中心にあるのは私が1年生の時に作ったトレーサーです。多分今でも走るとは思います。

 次に3Dプリンタで出力するためのデータを作りました。
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 これらはDMMの3Dプリントサービスに外注しました。精密な部品を作るにはアクリルのウルトラモードやエクストリームモードがいいらしいのですが、まずはナイロンで頼んでみました。これだけ発注しても1702円送料無料です。ナイロンは軽くて安いのですが、マイクロマウスには不向きらしく、あまりいい噂を聞きません。私の機体はまだ完成形ではないので、取り合えず仮組の感覚でナイロンを選択しました。きっと使ってみると改善点がでてくるので、改善点を全て洗い出してからアクリルの強そうなモードで発注しようと思います。

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ファンの形ですが、なるべくカッコよくしようと色々と悩んだ挙句、専門の方からアドバイスを頂き、下のような形になりました。
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 軸の中心に山を作ることにより、空気の流れを乱さずに外に掃き出されるそうです。なるほどです。ピンク色には意味はありません。

 次にリポバッテリーについてです。
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 Bifilarの時からリポは自作のものを使用しています。海外サイトから安いリポバッテリーを輸入して、自分の機体に合うような形で2セル化します。これが中々スリリングです。ちょっと失敗するとバチバチいくので、怖い人は止めておいた方がいいです。

 そして自作バッテリー専用の充電基板も作りました。
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 2枚目の画像の手前が今まで使っていた充電基板です。このモジュールも海外サイトから購入したものです。これはAliExpressで買うと10個200円以下で購入できます。送料も無料です。これは買うしかないですね。(もちろん自己責任です。保証はありません。)

 ここからはマウス・トレースとは別のおまけです。
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 高校1年の冬にメインPCを自作しました。その時からパソコンに負荷を掛けたまま放置したりしていたので、数年間使って壊れるのは当然です。まず壊れたのはやはりHDDです。WDのGreenは低価格故に保証期間が短く、それを承知で購入していました。ハードな使い方をしたにも関わらず、保証対象期間内に壊れてくれませんでした。まあそれはいいとして、壊れ方が少し特殊でした。パソコンの電源ボタンを押すと一瞬立ち上がろうとはするけれど、1秒も持たずに電源が落ちる症状が続いていました。BIOSにもいけなくて困っていました。HDDを抜いても同じ症状なので、CPUかマザーボードが壊れたかなとも思ったのですが、思い切って新品のHDDを繋いでみたら立ち上がったのでラッキーでした。しかしHDDの認識はされていないようなので、父に頼んで新品のHDDをフォーマットしてもらったら、自分のPCにも認識されるようになり、そこからは順調にOS等入れ直して安定しました。

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 5年ほど前にやったはずの作業ですが、完全に忘れてしまいました。初々しい気分でドライバのインストールを済ませました。

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 最近はSSDが普及してOS関係とドライブを分ける人が多くなり、自分でパーティションを切る人は少なくなってきてると思います。そんな中、私はデータドライブに適当なパーティションを切りました。この30GBには、データは重くないけれど、作成するのに時間がかかったデータのバックアップに使おうと思い制作しました。正直、ドライブが壊れる時は丸々逝くと思うので無意味だとは思います。システムファイルと違い、調子が悪くなってフォーマットするとかもありませんし、見当違いな気がします。

 そして少し遠出しました。
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 福井駅から特急で6時間半かかる場所、和歌山の一番奥まで行ってきました。しんぐぅ。ここで臨時バイトしてきました。朝の8時に電話があって、ここまで行ってくれと言われて当日の昼に出発し、夜の7時に到着して4泊しました。給料の発生する修学旅行な気分です。

 さて、おまけの本題です。(?)
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 祖父がタクシーを辞めたので、そのコンフォートを貰いました。とても楽でいい車です。4月からはコンフォートで通学します。

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 コンフォートの形めっちゃ好きなんですけど、わかってもらえる人少なそうな。少しだけステッカーと電飾と音響を弄ろうかなと思っていますが、皆さんが期待する程大きくは変えません。このままで十分なくらいの車なので。
 
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 車載アンプはBluetooth対応の45W*4を選びました。5600円程だったと思います。バイトしたんだしもっといいもの買った方が良かったかなと少し後悔しています。あまりいい音ではありません。自宅のオーディオ環境と比較すること自体間違っていますけどね。音楽が聴ければそれでいいという人向けの商品でしょう。この商品、車載用と書いておきながらACアダプターが付属していて、車と接続するユニットがありませんでした。○ツで探すと、シガープラグ付きDCコネクタが奇跡的に売っていたので、それを使って解決しました。

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 スピーカーはKENWOODのKSC-7900です。父が大学生時代に購入したものらしく、大きい音を鳴らし過ぎてコーンを止めてある可動部分が破れているとのこと。偶に異音がしますが、問題なく使えています。

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 配線はなるべく隠すようにします。

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 取り付け後の風景。いい感じですね。

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 そのほかはスマホアームを取り付けたり

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 急速充電ユニットを取り付けたりしました。車中泊もできそう...

 このあたりで春休みの進捗は以上です。さて、来月にはマウスが走っているのでしょうか。

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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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。

草の根大会2015に(一応)参加しました。

試験が終わった(二重の意味)ので7月19日に行われた草の根大会について書こうと思います。

テストもそうですが、今回の大会は本当にやらかしました。今までは大体徹夜する勢いでやればなんとかるものだったのですが、今回はなんとかならない事案が発生してしまいまして・・・
ロボトレースの大会で優勝を何度もしている人達の中で、私はライントレースのコートに機体を置きに行っただけです。はい。 金沢まで行ってプログラムの間に合わなかったハードを置きに行きました。

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ロボトレースのルールとして、持ち時間3分の間で3走まで走らせることができるので、私はその3分間を語る時間に使おうということになりました。そもそもモーターのパラメータを全て抜いた機体を堂々とエントリーして堂々と置きに来る人は私だけでしたね。勿論この大会に間に合わなかった人は友人にも何人かいるのですが、自分の出番30分前までハンダごてを握って完成させる人もいて、ここで差が出るんだなぁと痛切に感じていました。当の私は前日の夜まではデバッグを頑張っていたものの、モータにエンコーダをつけるという一番大切なことをしていなかったせいで、Kp,Ki,Kdの調整以前の問題だということに草の根に向かう電車の中で気づきました。
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傍から見たら変な光景だったでしょうね。通報はされませんでした。モータのギア比を上げればPWMのduty比に大体比例してモータが回転してくれるのですが、私のギア比はトルクは低くても速度を出そうと低すぎるギア比に設定していました。なので適当にdutyで制御しようとしても動かないんです。Lineを読もうとするところまではいきましたが、結局は思いっきり動いてしまうのでマイコンが制御しきれずコースアウト。思いっきり動くということは基準値を下げてやれば・・・次は動かない。一応大会の会場でも粘ったのですが、ここは清く諦めてマイクを持とうという結論に至りました。何がいけないのか、ハードをどうやってプログラムをどうすればいいのかというのは大体考えがまとまっているので、次に出る大会では加減速付きの機体を走らせられたなと思います。でもこの機体は速さを追求するのではなく、次に制作する機体をどれだけのレベルまで持っていけるかというところに重点をおいているので、色々なデバイスを搭載して様々な制御を学ぶための機体にしました。

そして今回マイクロマウス競技の最上位レベルの走りを見させていただきました。この走りを見るためだけでも今回現場に来て良かったなというレベルでした。
草の根大会の動画はYouTubeにあげられていたのでそちらを見てみましょう。

早送りしてるんじゃないの?ってくらい早いんです。今回の大会はこれの実物が見れただけで価値のある時間でした。ロボトレースとマイクロマウスの大会は、1年に10箇所ほどで行われるようで、次に出場する大会には今回できなかった機体を改良して、適切な場所で加減速ができる機体にして出場したいと思います。そして全国大会ではプリント基板を使用した機体の製作を予定しています。それも先輩たちのを模倣では面白みに欠けますよね。機体が同じだとプログラムの勝負になってしまい、とても上位レベルまでのプログラムができる気がしません。色々と新しいアイディアをテスト期間中に考えていたので、取り敢えずはそれらのアイディアを試したいと思っています。(できる気がしないんですが)。この前の合宿で習った言葉で置き換えると巨人の肩の上に乗る矮人ですね。

【おまけ】
テスト期間でやったことといえば上記のロボトレースの大会に出場(笑)したことくらいなのですが、少し大きな買い物をしていたことを思い出しました”大きな”とは金銭的に大きいのではなく、重量的に大きなものです。

まずは直流安定化電源装置。
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これは今まで使ってたものです。使ってたといっても2回ほどしか使ってませんが。電流が最大40A流れるのに、カレントリミッターが付いてないんですよ。危なっかしくてとても扱えたもんじゃない。普段は写真の右に写りこんでる方の電源装置を使っています。これは父が高校生の時に自作したもので、数十年経った今でも私が使っています。こちらは1.6Aのカレントリミット固定なので弱電の工作には最適だったのですが、どうしてもこれら二つの中間のスペックはないものかと思ってしまいますよね。30V以上10Aほど出力できてリミッターを可変できるものが・・・
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ヤフオクで探したらありました。確か2700円だったと思います。ちなみにMAX40Aの電源は千円台でした。まあ値段はどうでもいいのですが、この電源がとても優秀で驚きました。電圧つまみは多回転で微調整が容易にでき、電流調整つまみは一回転でととても扱いやすい。更にOVPの調節つまみを回せば37V~0Vまでの出力電圧の制限がかけられます。例えば、5V以上掛けてはいけない回路に低圧からゆっくり電圧を上げたいときってありますよね。そういう時はOVPを5Vに設定すれば、5V以上まで電圧の調整つまみを回すと電源スイッチ(ブレーカー)が勝手に落ちるようになっています。これで安全に試験できるわけですね。良くできた電源です。
CJeJPBVUcAEGsUm
一応カレントリミットが動作してるかも確認しました。完動品でした。

次の大きな買い物は電解コンデンサとパワーIGBTモジュールです。
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真ん中に大きさ比較としてArduinoを置いてあります。IGBTは1.2kV300A定格のもので、電解コンデンサの方は400V2700uFだったかな。この電解コンデンサ1つ100円だったので衝動買いしたのですが、翌々考えてみたらこの静電容量でこの大きさだと使う機会がほとんどないような・・・って感じです。IGBTの方は大型テスラのバス電圧を616Vの設計で製作するときに使います。ここまでくるとそろそろ怖いですね。感電したら指が吹っ飛びそうです。感電するような設計にしなければ何の問題もない話です。(某電気柵のようなry)

ここからは買い物ではないのですが、少し驚いた電卓の進化を目撃したお話です。
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右が工業高校で愛用していたもの。
左が大学で使うということで購入したもの。
なんとなんとドット表示じゃなくなってたんですよ。数字は明朝体で書かれ、英語だけでなく漢字まで表示できるようになっていました。四則演算や行列計算は勿論のこと、ちょうど確率・統計の講義で習っていた正規分布やポアソン分布などの計算も一発で出来てしまって、もうこれさえあれば手計算要らないなって感じです。

ここからはほんとどうでもいいようなおまけです。CLumwGgUsAA2q8R
初めてうちの近くのド〇キーホーテに昨日入ってみたのですが、中々イカしてるUSBがありまして。写真のように端子がむき出しのデザイン。あとは言いたいことを察してください。

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 これもド〇キーホーテで見つけたものです。このクッションをパソコンにUSB接続すると、クッションを殴るとエンターが押されるというスグレモノ。プログラミング捗っちゃいますね。

それではまた1ヶ月後。進捗がよければ月2の更新にもなるかもです。
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