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ハーフマウス研修その23 ~ベアリングと車軸の抵抗 後半~

こんにちは
まえけんです。

今週は前回の続きで、足回りの抵抗を測っていきます。
先週では車軸とベアリングの抵抗(摩擦抵抗と、磁力による抵抗)がわかったので

今回は車軸の磁石とモータの磁力による抵抗から測っていきます。
測定は先週と同様の方法でやっていきます。

前回の実験+ピニオンギアのついていないモータが横に追加されました。
これで、車軸の磁石とモータの磁石が引き合っていれば、抵抗が増えるはず…!

結果は3.9gとちょっと増えた様子です。

0.7g程度抵抗が増えてますが、思ってたよりは少なかったです。
推測ですが、ベアリングが磁気シールドの役割をある程度果たしているのかと思います。
この0.7gは磁力がまだ漏れているせいなのかなと思います。

最後に一番ロスの大きそうなギアのかみ合わせも合わせた全体の抵抗を測ります。
ピニオンギアを付けたモータを取り付け…最後の実験を開始します!

結果としては10.2gとなり、ギアでの抵抗は約6.3gとなりました。

ギアでの抵抗の半分くらいが磁石による抵抗ということで、
少し抵抗が大きいかなという気がします。

いったんこの車体でソフトの開発を始めますが、
次作ではもう少し”するする”と回る足回りを作りたいなと思います。

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ハーフマウス研修その22 ~ベアリングと車軸の抵抗 前半~

こんにちは。
まえけんです。

前回はモータが動いたので、車体を動かしてみたいと思います。
制作したマウスは車軸にネオジム磁石を使うことで、磁石の芯出しやパーツ数減少を目指した機構にしました。
手を離すと車軸の磁石がベアリングにくっつきます。

穴に挿入しようとすると、磁力によって勝手に入ってくれます!
低速時なら接着材もいらないし、便利そうです。

早速、進み始めるDutyはどの辺かなぁと5%刻みで入れていったところ、
初めて車体が動いたのが20%でした。
思ったより必要だなぁ…と思い、どこでロスになってるかを調べてみました。

車軸を磁石にするというのはほかの方の設計をまねさせてもらったのですが
モータと車軸の間で磁力が発生し、回転方向に抵抗が発生すると聞いていました。
そこで、どこで抵抗が生まれてるかを調べるために
まずはモータを外した状態でどれだけ抵抗があるかを測定してみました。

起動トルクの測定は、原始的ですがこんな感じで測定してみました。

ホイールに糸の一端を張り付け、その上にタイヤを履かせます。
タイヤの上に糸を巻き付け、糸の他端を秤に貼り付けました。
これでモータマウントを引っ張れば回転軸の抵抗がわかるはず!

ということで引っ張ってみました。
結果はこんな感じでした。

3.2gも抵抗がある…
車体重量も一緒に測ってみたところ16.5gでした。
両輪併せて6.4g、車重の約40%もの抵抗がかかってるということがわかりました。

ベアリングと磁石がくっつくことによって
こんなに抵抗が生まれるとは思ってもみませんでした。
ハーフマウスほど小さい車体ともなると
数gの抵抗が非常に効いてくるということを実感します。
ここからさらに、ギア伝達時のロスやかみ合わせの抵抗を考えると
足回り全体の抵抗は相当大きいものになりそうです。

思ったより長くなってしまったので、モータを取り付けた時の計測は次回に続きます。

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ハーフマウス研修その20 ~二台目Lチカと光センサ~

こんにちは
まえけんです。

二台目の書き込みが確認できたので、
さっそくソフトのデバッグをしていきます。

LEDのピンアサインの位置が変わったので
少しプログラムを変えて書き込み…LEDは無事点灯!

続けて、光センサの確認もしました。

動作はしっかりとしていましたが前回の組み合わせと比べると
見える距離が短くなってしまっていました。
前壁から90mmのところはかすかにセンサに反応があるものの
外乱の影響でかき消えそうで不安です。
データはこちら

選定時に半値角が広かったため不安要素だったのですがしっかり影響が出てしまいました。
一応何もない時と差は出ているのでまずはこのままやってみようかと思います。

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ハーフマウス研修 その19~二作目のプログラム書き込み~

こんにちは
まえけんです。

今回は書き込みを行っていきます。
前回と書き込みピンの配置を変えたので
とりあえずブレッドボードで試作してみました。

しかし書き込みが出来ない…

まずRX631がブートモードで起動しているかどうかをチェック
PC7やMDピンがLowになっているかをテスターで測ってみたところ、
MDピンはしっかりGNDとショートしていたのでLowに落ちていた。
PC7もプルダウンされており、電圧が0.4Vになっていた。
ディジタルピンのLowの閾値がVCC*0.2Vだったので、計算してみたところ
閾値は0.66Vのため、しっかりとLowになっている。

以上のことからマイコンはブートモードで起動していると思われる。

次に電源周りのコンデンサが怪しかったので、はんだごてのあて直しをするもダメ。

マイコンに接続している書き込み機の配線ミスを見直すも
RX,TXの順番もあっている。

とうとうわからないと思いつつ
とりあえず、書き込みピンに信号が来ているかを
オシロスコープで確認すると…ピンまで信号が来てない!?

もう一度信号線をブレッドボードにさしなおして、
接続されていることを確認して書き込みをしたら…成功!

ブレッドボードで作った際にしっかり導通チェックしなかったことが原因…
使っている線も細かったので、確認不足でした。

やっぱりユニバーサル基板で自作したほうが良いかなと思い
結局以前使っていた書き込み基板の配線をしなおしました。

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ハーフマウス研修 その18~二台目実装続き~

こんにちは
まえけんです。

今回は引き続き二台目の実装をしていきたいと思います。
前回、部品が弾け飛んだあと、先輩に良い基板の運び方はないか聞いたところ
金属ヘラの上にのせて運ぶとよいと聞いたので、早速実践してみました。

今回は無事実装が出来ました!
デバッグ用に三台あると問題が切り分けやすいということで
もう二台実装をしました。

うち一台をすべての部品実装したのがこちらです!

エンコーダのサブ基板をマウントしているソルダパッドが
基板のスリットから0.5mmほど離れており、はんだがのりにくかったです。
次にパッドを使う際は修正しようと思います。

次回からファームの書き込みを行っていきます!

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ハーフマウス研修 その17~二台目実装開始~

こんにちは
まえけんです。

今回はついに二台目の基板実装を開始していきます!

早速ステンシルを使ってペーストはんだを塗っていきます。
その後部品を置いていきます。
部品を置いている最中に気づいた点が二つありました。

まず一つは、シルクが見にくいことです。
思ったよりわかりにくいシルク配置になっており
どこに何を置けばよいかわからなくなって、アートワーク図を見てしまいました。

もう一つは、エンコーダ基板についている
コンデンサのパッドが、エンコーダICの下にもぐりこんでしまいました。
写真は見にくいですが、右側のはんだパッドがもぐってしまっています。

はんだづけ後にショートしてないといいなぁと思いつつ
いざリフロー(ホットプレート)に載せようとしたところ…

持ち上げた瞬間に手が滑り、基板が吹っ飛んでしまいました…
時間も夜遅かったため心が折れ、とりあえず放置して夕飯をとることにしました!

実装は来週へ続きます。

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ハーフマウス研修 その16~二台目基板到着~

こんにちは
まえけんです。

その15でアートワークをした基板を発注し、無事基板が届きました!
今回は二層基板の薄い緑色が見れてとても嬉しいです!

さて、前回では触れきれなかった
今回の基板の修正ポイントについて書いていきます。

主な基板修正点は以下の4つです

  • 基板外形の作り直し
  • 光センサ用スリットの削除
  • 書き込みピンの配置場所変更
  • 電源用ベタの調整

・基板外形の作り直し
最初の基板は先輩から外形データをもらって、スリットだけKiCAD上で追加して作りました。
しかし、エンコーダマウント位置や、スリット位置等調整を別のCADで行いたかったので
Fusion360を用いて自分で新たに作り直しました。
ほぼ同じ外形ですが、1mmほど横幅が広がっています。

・光センサ用スリットの削除
基板を見てもらうとマウス前方のスリットが無くなっています。
こちらに関しては、前回基板を立てたセンサのマウントが思ったよりも厄介で
結局垂直が出せないことがわかりました。よって、LEDやフォトトランジスタを
3Dプリンタで作ったマウンタに固定するか、ケース付きのセンサを使おうと思います。

・書き込みピンの配置場所変更
書き込みピンの位置を左前センサの脇から
基板右下へ移動しました。
センサ発光がセンサの後ろ側まで回り込む場合があるため
左前センサだけ値がぶれる、または変わる可能性があると教えていただきました。
そこで、干渉しないよう基板の後方へ移動させました。

・電源ベタの調整
最後に電源ベタですが、表面前方ベタを3.3V系、後方ベタをGND、
裏面ベタをGNDとしました。
同一面上に二系統のベタを入れるのは最初は思いつきませんでしたが
先輩にアドバイスしていただき、やってみました。
結果として、かなりベタの領域をとれたと思います。

次回は実装を行っていきたいと思います!
新しい基板が動くと思うと楽しみです!

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マイクロマウス研修15 ~二作目のアートワーク~

こんにちは
まえけんです。

二作目のアートワークをしていきます。
前回は4層で一週間かかったアートワークでしたが
今回は2層で二日で引き終わりました。

研修ブログでは書いていませんが、
一作目のハーフマウスでは2層でアートワークしていた時は2,3週間かけても引ききれませんでした。

二作目では以下の点に注意してアートワークをしました。

  • 配線が大変な時、ピンアサインを変えながら引いたこと
  • 電源ラインを基板の外形に沿わすように配線した

その二つを意識しただけで劇的にアートワークが早くなり
スペース的な余裕も生まれ、見た目を気にすることもできるようになりました。

今回からは会社のロゴマークのうさぎマークも入るのでドキドキですが、
頑張って作っていきたいと思います!

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ハーフマウス研修 その14~二台目回路修正~

こんにちは
まえけんです。

前回、エンコーダの再選定が終わったので回路の修正を行っていきます。

主に行った修正は以下の三か所です。

  1. エンコーダICと通信系の変更
  2. 新たに選定したAS5050aとはSPIを使って通信するようにした。
    通信がSPIになったので、I2CでデバイスID重複問題があり仕方なくつけていたセレクタICなども無くなり、スッキリした回路になった。

  3. 外部クロックの追加
  4. RX631ではUART書き込みでも外部クロックが必要だとわかったので追加。
    大会等で話を聞いてみるとやはり何人かここで詰まっていたらしいことがわかりました。
    ほかのRXファミリのマイコンだと必要ないことがあるので注意が必要でした。

  5. PC7のプルダウン
  6. マイコンをブートモードにするために必要なプルダウン抵抗を追加。
    これも多くの人が引っ掛かっていると大会などで聞きました。

追加で、電源回路のところはFETのピンアサインを間違えていたのでちょこっと修正を入れました。
次回はアートワークに移ろうと思います。

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ハーフマウス研修 その13~エンコーダの再選定~

こんにちは
まえけんです。

一台目の車体ではエンコーダの選定ミスをしてしまい、
うまく移送係数出力が出ないことがわかりました。

今回は、最大回転数に気を付けてエンコーダの再選定をしていきます。
エンコーダは引き続きams社のASシリーズから選んでいこうと思います。

前回選定したAS5601はパッケージが横に広く、
磁石の中心に配置しようとすると、サブ基板がモータに干渉する問題もありました。
なので、より小さいパッケージかつ高速回転に対応したものが必要になります。

いくつか候補がありましたがQFN-16パッケージのAS5050Aにすることにしました。
AS5050Aは磁石(今回は車軸)の絶対角度を出力するアブソリュートエンコーダとなります。
QFN-16なのでICのリード線も横に伸びてないため、サブ基板を細くできると考えました。

一つ心配なのは、データシートではセンサに使う磁石の最小径が4mmなのに対し
現在使用している磁石の径が半分の2mmであることです。
ほかにも2mm程度の磁石で磁気式エンコーダを使っている人がいるらしいので
大丈夫だと思いますが、少し不安が残ります。

次回からは回路周りの修正を行っていきます。

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