なんでも作っちゃう、かも。

Arduino/Make/フィジカルコンピューティング/電子工作あたりで活動しています。スタバの空きカップを使ったスタバカップアンプなど製作。最近はもっぱらArduinoと3Dプリンタの自作に興味があります。

Scrapboxはじめました。

Posted by arms22 on 2017年09月12日 0  0


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arms22 - Scrapbox
https://scrapbox.io/arms22/

Scrapboxというなんか新しい感じのWikiサービスがあって試しに使っています。動作が軽快で記事が非常に書きやすい作りになっています。ソースコードのシンタックスハイライトも標準で対応してるし、画像もドラッグアンンドドロップで貼り付けてくれる。ページ間のリンクが自動的に貼られるので関連する記事がすぐ見つかるようになっています。今の所下書き用みたいな感じでScrapboxを使っていますが、そのうちScrapboxに移行したいなぁと考えています。


関連リンク
Scrapbox - チームのための新しい共有ノート
https://scrapbox.io

Scrapbox ーGyazo開発チームが贈る全く新しいwikiサービスー
http://blogja.gyazo.com/entry/2016/12/16/185300

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ミニ四駆モーター用エンコーダ基板の製作(2)

Posted by arms22 on 2017年07月09日 0  0



前回の続き。Arduinoを使ってミニ四駆モータに単三電池2本を直列につないでエンコーダパルスのカウント動作を確認しました。0.5秒毎にパルスのカウント数から求めたRPM(1分あたりの回転数)をシリアルで出力させています。その時の値は約17000RPM、製品ページでは12200〜14400RPMと記載されていて、少し高めに出ていますが無負荷時の回転数としては妥当(?)な値かな、、


Arduinoとの接続

5V -> VCC
pin8 -> A
pin9 -> B
GND -> GND
エンコーダ基板のA/B出力をArduinoの8番・9番ピンに接続します。

スケッチ


loop関数で8番・9番の入力の変化を監視しています。今回の動作条件では1秒間に5800回程度、入力が変化するのでこれより早い周期で入力を監視する必要があります。タイマー割り込み等を使って一定周期(10K〜20KHz)で監視した方が他の処理で入力の変化を取りこぼすことがないので良いですね。


関連記事

ミニ四駆モーター用エンコーダ基板の製作(1)
ELM - 接点入力と処理のコツ - ロータリー・エンコーダの使い方

ミニ四駆モーター用エンコーダ基板の製作(1)

Posted by arms22 on 2017年07月02日 0  0

ミニ四駆用のモーターで回転数制御する為にエンコーダ基板の製作をはじめました。最近のミニ四駆のモーターには両軸タイプのものが販売されていて、簡単にエンコーダを取り付けることができるんじゃないかと思っています。ミニ四駆のモーターは単価が安いですし、エンコーダを取り付けることができれば色々な場面で使えるモータになる、と考えています。

IMGP1404
製作中のエンコーダ基板をタミヤのトルクチューン2モータPro(両軸)に取り付けたところ。

IMGP1394
これまでに2枚のエンコーダ基板を試作しました(試作1=緑、試作2=赤)。


試作1


エンコーダ基板試作1_回路図
先日紹介したフォトリフレクタ「NJL5901AR-1」を2つ搭載しただけの基板です。フォトリフレクタのコレクタ出力を4.7k抵抗でプルアップしています。

エンコーダ基板試作1_100ksps
試作1の出力波形。位相差は十分だけど波形が鈍っています。シュミットトリガ付きの入力ポートを持つマイコンならそのまま使っても平気かもしれん。

エンコーダ基板試作1_500ksps
少し拡大したところモーターのノイズがのっていることが確認できた。これは何か対策しないと。。


試作2

エンコーダ基板試作2_回路図
波形の鈍り・ノイズが気になるので試作2ではシュミットトリガ付きのバッファを入れるようにしました。フォトリフレクタのエミッタ出力を4.7k抵抗でプルダウンしてバッファに入力しています。

エンコーダ基板試作2_100ksps
試作2の波形。エッジがしっかりでて扱いやす信号になりました。

エンコーダ基板試作2_500ksps
ノイズは相変わらず。。シュミットトリガ入れてもこのノイズは取りきれないみたい。ソフトウェアでポーリングする分には問題ないかもしれない。


エンコーダディスク

IMGP1388
ディスクの形状や窓の数を変えていくつか試作してみました。ディスクの光の反射率はやはり重要でABSのピュアホワイトが一番綺麗な波形がでました。またABSの黒だと波形が出力されないことがわかりました。ABS黒は光をよく吸収ようなので基板全体を覆うケースに使うと良さそうです。


はんだづけの様子


最後のエンコーダ基板のはんだづの様子を載せておきます。

小型フォトリフレクタ「 NJL5901AR-1」のはんだ付け

Posted by arms22 on 2017年06月18日 0  0



少し前から秋月電子で取り扱いが始まったJRCの小型フォトリフレクタ「 NJL5901AR-1」、表面実装タイプのフォトリフレクタでパッケージサイズが1.3×1.6×0.6mmと非常に小さく、またリードが部品側面に露出しておらずリフロー装置を使わずに実装するのが難しい部品です。

今回パッドサイズを推奨0.4×0.6mmから0.4×0.9mmに変更することではんだゴテを使って実装することができたので、その様子を動画として公開します。NJL5901AR-1を買ったはいいもののあまりの小ささに心が折れてしまった方の参考になれば幸いです。

表面実装小型フォトリフレクタ NJL5901AR-1 (2個

床拭きロボットの製作(6)- DCモータのトルク制御

Posted by arms22 on 2017年04月16日 0  0

床拭きロボットに必要かどうかはおいといて、DCモータのトルク制御を行ってみたいと思います。まずはその準備としてDCモータの逆起電力を測定し、逆起電力定数を求めてみました。今回はDCモータの逆起電力の測定方法、逆起電力定数の求め方について書きます。またトルク制御になぜ逆起電力の測定が必要なのかDCモータ特性の解説とともに簡単にまとめておきます。

ちなみにちゃんとしたメーカ製モータの場合、逆起電力定数はカタログスペックとして記載されているので、そもそもこのような作業はいらないはずです。特性がよくわからないモータを使いたい場合などに参考になれば幸いです。


逆起電力測定回路


逆起電力と回転速度の測定回路
実験に使用するモータはPololu社のエンコーダ付き20:1ギアードモータで、タミヤのスポーツタイヤを取り付けて測定を行いました。DCモータの端子間電圧をR1・R2抵抗で1/3に分圧してマイコンのアナログピン(A0)に接続します。またこの時の回転速度も必要なのでエンコーダ出力をマイコンのデジタルピン(13と12)に接続します。DCモータのステップ応答を見るためバッテリーをプッシュスイッチを通してモータの+端子に接続します。実際の測定はプッシュスイッチをジャンパー線に置き換えて行いました。


ステップ応答

回転速度と端子間電圧のステップ応答

DCモータに一定の電圧(エネループ6本直列)をかけた時のステップ応答です。回転速度が安定している間(電圧をかけている)の値は無視して、回転速度が降下している間(電圧をオフ)の値に注目します。


回転速度と逆起電力の関係

回転速度vs端子間電圧

回転速度が降下中の端子間電圧(逆起電力)と回転速度をグラフにすると比例関係にあることがわかります。近似直線を求めると直線の傾き(0.0051x)が求まります。これが逆起電力定数です。逆起電力定数の単位はVs/radが一般的なので単位変換すると以下の値になりました。

0.009740Vs/rad



DCモータの特性

DCモータのトルクと電流は比例関係にあり次式で表すことができます。比例定数KTをトルク定数と呼びます。

トルク(Nm) = KT(Nm/A) * 電流(A)

DCモータの逆起電力と回転速度は比例関係にあり次式で表すことができます。比例定数KEを逆起電力定数と呼びます。逆起電力は電流の向きとは逆向きに発生し、電流を流れにくくします。

逆起電力(V) = KE(Vs/rad) * 回転速度(rad/s)

またKTとKEは同じ値になることが証明されています。

KT = KE

逆起電力はモータに電圧をかけて回している時も発生しています。モータに電圧をかけている時の端子間電圧と逆起電力の関係は次式で表すことができます。モータは両辺の電圧が釣り合う回転速度で回転します。

端子間電圧(V) = ブラシ接触電圧降下(V) + 巻線抵抗(R) * 電流(A) + 逆起電力(V)

ここでブラシ接触による電圧降下は無視するとして、PWM制御中のトルクは次式で求めることができる、はず。。

端子間電圧(V) = バッテリー電圧(V) * PWMデューティー(%)
逆起電力(V) = KE(Vs/rad) * 回転速度(rad/s)
電流(A) = (端子間電圧(V) - 逆起電力(V)) / 巻線抵抗(R)
トルク(Nm) = KT(Nm/A) * 電流(A)



疑問など

今回実験に使用したギアードモータのギアなし版のカタログスペック。

無負荷回転数 : 6200RPM@6V
起動トルク : 0.15kg-cm@2.4A (0.01471Nm)

上記値から逆起電力定数とトルク定数を計算したところ値が一致しませんでした。

逆起電力定数:0.009241Vs/rad
トルク定数:0.006129Nm/A

逆起電力定数はわりと近い値なんだけれどもトルク定数が66%ぐらいになっています。軸受けやブラシの摩擦の影響なのか、また他の要因なのかよくわかっていません。。


参考記事

2-1-2 回転原理の基礎 | 日本電産株式会社 - Nidec Corporation
2-1-3 DCモータの回転速度と逆起電力 | 日本電産株式会社 - Nidec Corporation


参考書籍

実験で学ぶDCモータのマイコン制御術 (メカトロ・シリーズ)
萩野 弘司 井桁 健一郎
CQ出版
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