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。

大会

熱田の森大会2016に参加しました。

 大学の春休みって長いですね。中学高校の夏休み程あるって不思議な感覚です。だからと言って成長したことは特に何もありませんが。

さて本題です。前回のブログ更新から一週間ほどで基板が到着しました。発注先はElecrowです。
CcM-DowUkAAL4Vc
よくこんな折れそうで危ない基板を作ってくれましたね・・・
CNCで切削時の固定方が気になるレベルです。赤色がセンサー基板で青色がメイン基板です。

CcM-EibUUAA7Kl1
 仮組みするとこんな感じに。CAD通りの見た目になりました。基板の設計をしていたときは3DCADを使っていなかったので分かりませんでしたが、もう少し後ろの付け根部分を強化した方がよかったです。この部分はデザイン的な意味で置いたのが大きいですが、急激な加速でもウィリーしないようにという期待も込められています。まあタイヤのスリップのことを考えると急激な加速なんて無理なんですけどね。

CcNafaaVIAAYLuD
 今回遊んでみたのはここです。長方形のパッドを置いて上からレジスト禁止レイヤーで、ごちうさ風のロゴを作って載せてみました。演算器の演(ごちうさバージョン)です。特に私はごちうさを見ているわけでもなんでもありませんが、スペースが余っていたのでやってみました。CYW_gpZUwAEDXTE
 本当はこのように全ロゴを入れたかったのですが、流石にこの小ささで細かいことをするのは無理だと判断しました。CADで見る大きさと、実物の大きさが違い過ぎて感覚が狂ってしまいます。この基板を作ったときは知識不足で、ジャイロの位置がおかしかったり裏面に配線を回しすぎてたり、変に6pinのピンヘッダがあったりと、あんまりこの画像は出し無くなかったんですけどね...

CcTfCEqUUAA7G1O
 そしてこれも遊んでみたやつです。こちらは「演」と違い、長方形のパターンではなく、ロゴの形のパターンを作って、同じくロゴの形のレジスト禁止レイヤーを乗せました。パターンを全面に置いたままにすると、バックが明るい赤になるみたいです。どちらにせよ綺麗な光沢のある文字が書けて面白いです。

CcYso6VUsAEf5dR
 それとどうでもいいことなのですが、スマホのカメラの性能に感動しています。拡大レンズを付けなくてもこのサイズで拡大できます。スマホはXPERIA_Z3_compactです。画像の中央にあるのはセラロックですが、文字の確認に使いました。セラロックには向きがあるとサークル内で話題になってました。
セラロック®を逆接続するとなぜ周波数ズレが発生するのでしょうか?
逆方向に実装した場合、問題が発生しますか?
 向きに気を付けた方がいいとここまで書かれていますが、実際に発生する許容誤差は最大で±0.1%であり、セラロック自体の許容誤差範囲よりも小さいんですね。時計などのクロック精度が必要なものを作るときは水晶発振器など高精度なものを使うことになると思いますが、セラロックを使ってる時点でそこまで気に掛けることでもないのかなと思います。

 さて、マイコンとセラロック、レギュレータやLEDを取り付けて早速火入れ(電源投入)です。その前に電源入力端子の抵抗値を測定して、ショートしていないか、電源スイッチが正常に動作しているかを確認します。そりゃ回路が燃えるかもしれないんですから念入りに確認しますよね。リポもショートさせると危険ですし。
 天気が良くて清々しい日、部室には先輩二人と私の3人でこたつに入って作業をしていました。念入りにテストしたところで電源投入です。
まずは電源スイッチが切れてることを確認してリポを接続します。
僕「さーて電源投入します。燃えたらすみませんね。」
先輩「ちょっ!燃えてる!」
基板「モクモク(煙)」
僕「えっ!」

 と言うわけでですね、今作の機体は死にました。レギュレータから煙を吹いて高価なマイコンも死にました。フラグを建ててから僅か1秒後のことでした。先輩の方を向いて話してた隙にやられました。皆さんはお気づきですか?まだ電源スイッチを入れてないんですよ。動作確認の時は正常に機能していたんです・・・。スイッチさえ機能していれば被害はここまで酷くなかったかもしれないのに。スイッチ不良事件はアルファ(前作の機体)でも起こったことなので、安いスイッチは止めておいた方がいいかもしれませんね。
 原因を追究していくと、問題はレギュレータのライブラリのミスでした。アルファではピン配置をしっかり確認していたのに、アスペラ(今作の機体)では適当に使っていたことを思い出しました。パッケージだけ同じでもピンアサインが違うことはよくあるのに・・・なんとした・・・
 それでも大会までのカウントダウンは進んでいきます。あと2週間。今回の大会に突貫工事の中途半端で不格好な機体を出場させるよりも、基板の設計からやり直したいと思い、前作の機体を改良して大会に出ることにしました。基板の間違いはレギュレータだけでなく、マイコンの使用ピンも色々とミスっていたので丁度よかったかもしれません。

後悔していても仕方がないので、早速アルファの改良からです。
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 分かりにくいですが、モーターを直列接続から並列に変更しました。このモーターは元々1セルのバッテリーで使うように設計されたモーターなので、2セルのバッテリーで使うなら直列にした方がいいかなと思い直列にしていたのですが、どうしてもトルクが頭打ちになってしまいました。そこで思い切って並列に変更したのですが、全く安定しない・・・。勿論ゲイン調整等やり直しですが、調整が上手くいきません。辛うじてライントレースはするものの、かなり不安定な状態です。並列にすることで何か弊害があるのでしょうか。ブラシのかみ合わせ部分のタイミングがおかしくなって調子が狂うとか。。。よくわかりません。

CdqtLXhUUAAADn5
 デバッグ風景です。小さいころ憧れてたっけな。手を止めることなくカタカタ書き進められるのはほんの一部の時間であることは想定外でした。

大会のコースは事前に公開されています。しかしここまで大きなコースは作れないので、部分的な練習ができるように考えてサークル内でもコースを作って練習しました。

CehbFIUWEAE7kSu
 2016年3月20日、熱田の森大会は名〇屋工学〇専門〇校で行われました。福井から3時間ほどで到着です。送っていただいた先輩方ありがとうございました。

CehbJp8WEAAqiKK

 大会では練習よりもコースが滑らかできれいなので、基本スピードを高めて本番に臨みました。その選択は大失敗で、3回走らせられる内1回もゴールまで辿り着けませんでした。ラインセンサーのポートが11個中6個死んでいて、実際に使っているのは4つだけなので、速度を上げるのは馬鹿げた行為でした。

 そしてロボスプリントという競技にも参加しました。写真を撮り損ねてしまったのが残念です。スプリントとは一直線に引かれたラインを走り、一定距離をどれだけの時間でゴールできるかを競う競技です。ブレーキゾーンでしっかり停止しないと記録になりません。練習風景はこんな感じです。

 スプリントに関してですが、ルール説明をしっかり把握していなかったので滅茶苦茶でした。大会にはAコースとBコースがあり、どちらかを選択できるものだと思っていたのですが、2回走らせるうち、毎回コースを入れ替えられることは知りませんでした。サイトの規定には目を通していたのですが、そこまでしっかり書かれていないんですね。来年はスプリント専用の機体を作って大会に出たいと思います。トレーサーでは速度を出し過ぎてはいけないことを今大会で気づきました。

 今回の大会は皆さんの素晴らしい機体を拝見するという目的と考えると、とてもいい時間が過ごせたと思います。ありがとうございました。

ここからはおまけです。
CcrcRAjUAAE3fHq
 某海外ネットショップでモーターを購入しました。形がいい感じで値段も150円と安くて買ってみたのですが、コアドモーターのヤバいやつでした。分解能が5くらいしかなく、指でやっと回せるくらいのカクカクです。トレーサーに使おうとコアレスモーターを期待していましたが全然違いました。部品箱で眠ってもらいます。

CeDst0DUMAAFgsZ
 そして5mm四方のマイコンです。よくArduinoに使われているATmega328ですが、ここまで小さいものもあるんですね。価格は1個$1しないくらいで購入できました。はんだ付けできるかが問題です。電光掲示板キーホルダーの駆動に使用します。

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 電光掲示板キーホルダー用に色々買いました。海外のネットショップが安すぎて買いすぎてしまいます。ここまでくると量産も考えてきます。マイクロUSBは秋〇で買うと5個300円なのですが、海外で買うと50個200円なんですよ。よくわかりませんね。左のリールは赤色LED1000個です。750円ほどでした。

 今考えているのは、マウスとトレーサーの基板を発注するのと同時に電光掲示板キーホルダーの試作基板を発注して、正常に動作することを確認出来たら、基板をマットブラック、金フラッシュにして発注してみようと企んでいます。思い通りになってくれるといいんですけどね。

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。

CKNBhWUUwAAYyhP
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。
CKOtc9mUkAA72Sj
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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