変則4輪恐るべし

モータマウント改が届き、新作4輪「Vector」の調整を昨日から開始。

2輪マウス「Mg」からのソフトウェアの移行は思ったよりスムーズに進行。
パラメータも大きな変更はなし。ゲイン少し大きくしても大丈夫かな?くらい。

とりあえず走行動画。

変則4輪は評判の通り直進が安定してますね。ターンも滑りにくいからなのか、速度を上げることができました。


斜め走行中の90度ターンは上手く曲がらないと内輪差で後輪が引っかかるので、旋回半径が大きくできません。なので速度が出せません。最後のほうは柱にかすっちゃってますね。

探索のような旋回半径小さいターンも思ったより平気でこなしてます。旋回半径はMgと同じままなのですが。

Vector完成、、、のはずだったが!

先日ブログで紹介した今年の新作「Vector」のはんだ付けや動作確認その他もろもろが終了。

重量はこんな感じ。13.74g。昨年のマウス「Mg(15.0g)」に比べてセンサ用発光素子の変更で1g弱、モータマウントで0.5g弱軽量化してます。ホイールは今回始めて肉抜きをしたのでMgのホイール2個とVectorの4個はだいたい同じ重さでした。基板も厚みに変更ないので大差なし。

メインコンセプトはMgの4輪化ということで、縦幅、横幅、マウスの中心(2輪ならタイヤを結ぶ線分の中点、4輪ならモーターを結ぶ線分の中点)は同じにしてあります。写真で比べてみるとよくわかるかと思います。

また、サブコンセプトとしてセンサ系の一新による状態計測機能の強化があります。今回初めてマジメに壁センサの配置を検討し（結局こじまうす7のマルパクリになってしまいましたが）、また、Invensenseの9軸センサ(ジャイロ＆加速度＆コンパスセンサ3軸ずつ)を2個乗っけてみました。エンコーダは素子自体はAS5040のままですが、磁石位置決めが昨年よりしっかりできているので動作確認しているかぎり精度はマシになってます。

特に加速度センサを積んだことが自分の中では大きいと考えていて、直進時の加速度や向心加速度などもある程度把握できるといいな、と考えています。

ただでもまだ完成していなくて、特注したモータマウントでバックラッシがうまく作れず車輪のギアとピ二オンのかみ合いがきつすぎて、まだ使える状態にありません。それで現在前輪だけピ二オンにかむようにして、後輪はピ二オンにかまないよう横にずらしてベアリングで保持しているだけ状態です。再度注文して届くまではピ二オンでなく床の摩擦だけで前後輪が同期できる範囲で調整するしかありません、、、

新作マウス「Vector」

前回のAS5145関連の日記でも触れましたが、現在今年の新作を作成中です。

大学の試験期間まっただ中に全ての設計と発注をこなすダメ学生的活動のおかげもあって、今日基板が届きました。

なんとなく形が矢印（ベクトル）っぽく見えたので、名前はVectorにしました。他の方もこんな基板形してるのが多いので、特に特徴的ではないのですが、、、

このマウスはハーフサイズ変則4輪仕様にするつもりで、基板厚は0.8mmにしました。
0.6mm以下だと強度はともかく基板が「反る」ようで、反ってしまうと4輪全てが地面に接地しなくなって4輪の機能が失われると判断したためです。
基板厚0.6mmで2機作ったら2機とも基板の反り方が違う!といった話を聞いたり、制作中方のの4輪マウスが基板の反りのせい（？）で接地しないのを見たりしたので今回はむやみに軽量化して攻めるのをさけ、4輪の機能を確実に発揮することに努めます。

ところで、目で見て、触って分かるレベルはおいといて、4輪全てが地面に接地しているのをどう判断するかという話ですが(タイヤが偏心していてあるところで接地しないとかを含む)、簡易的にこの基板にマウントと車輪をとりつけ、指で押し出して直進させました。
相互にギアがかみ合っておらず4輪が独立に動くので、接地していないタイヤがあればそのタイヤは直進中回転しません。
これが実験動画です。車輪が回転してるのがわかりやすいよう、車軸に黒いビニールテープを貼りつけてあります。

4輪がそれなりにムラなく回っており、おそらく接地していることが分かりました。


同じ日に2個も長々と書いてしまいました。読んで下さった方、ありがとうございます。

AS5145開発断念

磁気式エンコーダIC「AS5145」はマイクロマウスで普及しつつある「AS5040」の後継機で、最大12bit分解能（AS5040は10bit）、精度改善などの特徴があるそうで、早速使ってみようとしたのですが、使い勝手がAS5040とは異なることが分かりました。

AS5145はレジスタ書き換え機能をもち、ユーザーに適した用途で使えるようにできるAS5145Hシリーズ、デフォルトでインクリメンタル出力可能に設定されたAS5145A(分解能10bit)、AS5145B(分解能12bit)シリーズがあり、基本的にAかBシリーズを使いたいのですが、DigikeyやMouserで入手可能なのはHシリーズのみという状況で仕方なくHシリーズを購入したのでした。

Hシリーズはデフォルトでインクリメンタル出力不可に設定されており、内部のレジスタを書き換えることでインクリメンタル出力にできます。
書き換えはシリアル同期通信(USART not UART)、、、なのですが、特有の奇妙なスタート、ストップコンディション、同一ポートの送信と受信切り替え、その他バイト単位でないレジスタアクセスなど、難解なIO操作が必要で、とても同期通信モジュールみたいなブラックボックス使ってやっていける状況ではありませんでした。(助言を求めた方には全く聞く耳持たないことして申し訳ないです)


そういうわけで、仕方なく全操作をSTM32のGPIOのHigh,Low切り替えでこなすことに。昨年作製した開発ボードと変換基板に実装したAS5145をブレッドボードで接続。

面倒でしたがトラブルは起きないのである意味気が楽でした。その時に使ったプログラムをブログの追記に延々と載せておくので何かの参考になればお使いください。

何もしなくてもインクリメンタル出力になるAS5040は優秀だなあ、、、とか思いつつレジスタを書き換え、読みだして目的のレジスタが書き変わったことを確認。インクリメンタル出力の様子をSTM32のタイマで読み取って性能評価しようとしましたが、どういうわけか出力がドリフトしました。カウントするタイマの値が静止時にひたすら減っていったり、増えていったり、、、
探索の速度でも問題ない程度かもしれませんがAS5040ではこのようなことはなく、精度はむしろ悪くなってるんじゃないかという印象を受けました。
まあ、自分がいい加減な（データシートで保証してないサイズの磁石使用と目分量の磁石配置）使い方してるからだと思いますが、それでもAS5040が動いていた以上このやり方でやりたいのでAS5145の使用は断念し、今年の新作もAS5040で作ることにします。

W-068内蔵モータの致命的な摩擦トルク

先日記事にしたこのモータの特性をもう少し詳しく調べようと思って、以前小島さんが別のモータで行われた方法でトルク定数を測定してみました。

切片が正の数なこと自体実験がうまくいってないことを物語ってますが、逆起電力定数を簡易的に測定して単位変換かけても似たような数値にはなりました。

そんなことよりもこのモーターには致命的な問題があって、軸が回転し始めるまでにかけないといけない電圧が高いです。

少なくとも0.5Vくらい必要でした。ハーフで主流のMｋ06－4．5では0.1Vも必要なかったです。しかも、無負荷回転時に流れる電流もW-068のほうが数倍大きかったです。

摩擦トルクが大きいのが原因だと考えたので、破壊分解して様子を見てみました。

どうもすべり軸受と軸のはめあいがきついようです。しばらく無負荷高速回転させてると、軸が焦げたように黒ずんでいたのですが、この原因も摩擦熱が大きいことにあると考えています。

サーボ用のモータなので、軸がぶれないことが優先なのでしょうが、高速で連続的に回転させたいマイクロマウスには不向きと判断せざるを得ないと見ています。

ネットとかでもいろいろモータ探してますが、どうもMｋ06－4．5と同じようなサイズで、しかも特性が良いものは見つかりませんね。結局Mｋ06－4．5を使うしかないように思います。

直線走行高速化の意外なネック

Maxonのモータ（RE6など小型のモータを想定しています）ではモータ軸のベアリングは23000rpmが最大許容回転数らしいです。
他のモータがどうなのか知りませんが(データがなかなか見つかりませんが)、だいたい同じくらいではないでしょうか。

最大許容回転数が何を意味するのか分かりませんが、少なくともこれ以上の回転数では劣化が速いのでしょう。

一年計画で走行し調整するマイクロマウスでこのような回転数を与え続けるのは得策ではなさそうですね。

ちなみ23000rpmというとギア比4：1、タイヤ直径12.5mmとすると3.7m/sにあたります。おそらくこの前後の速度をを目標としている方もおられるでしょう。

ハーフサイズ競技の一部で4輪化＆直線の高速化が話題になってますが、あまり減速比は上げられない計算になりますかね。モータを30000rpmとかで回転させようとかいう考え方がよろしくないと、、、

新年

あけましておめでとうございます。今年もよろしくお願いします。

昨年は斜め走行に本格的に挑戦し、大会でもそこそこの走行をすることができました。

今年はこのモータ試してみて、使えそうだったら4輪、そうでなければ去年のマウス「Mg」の軽量化版(2輪)でも作ろうかな、と思っています。
4輪も作ってみたいですが、それよりソフト改良のほうが急がれるので、どっちに転んでもまあいいか、という感じですね。

個人的な話ですが、4月から大学4年になり、研究室配属＆キャンパス移転に伴う初めての1人暮らしが始まります。
はじめてづくしでマウス作ってる時間があるかよくわからないですが、できるかぎりのことはしていきたいところです。