なんでも作っちゃう、かも。

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

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。


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。


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

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

0.009740Vs/rad

トルク(Nm) = KT(Nm/A) * 電流(A)

逆起電力(V) = KE(Vs/rad) * 回転速度(rad/s)

KT = KE

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)

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)

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

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

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床拭きロボットの製作（5）- Blynkアプリでリモートコントロール

Posted by arms22 on 2017年03月28日 0　 0

「ボタン1つで勝手に掃除」というレベルにはまだまだ先が長いのでとりあえずBlynkアプリで操縦できるようにしました。



今回2つの動作モードを用意しました。左右のモータを別々に制御するダイレクトドライブモードと運動モデルに基づくモーションコントロールモードです。モーションコントロールモードはロボットの運動を併進速度・角速度で制御するモードで独立2輪ロボットでよく使われる運動モデルです。詳しくは下記を参照してください。

車輪移動ロボット - 機械知能工学科 - 東北学院大学



実際に走行させてみました。速度が速くて操縦が難しいです。台形加速の制御を入れてないと、、


BlynkアプリのUI

床拭きロボットの製作（4）- エンコーダパルスの誤差

Posted by arms22 on 2017年03月14日 0　 0

一定の速度でモータを回した時に速度が少しバラつくので原因を調べてみました。次の図はPID制御をオフにして40％ぐらいの電圧をかけて空転させた時の結果です。横軸は時間（ミリ秒）、縦軸はパルス間隔（マイクロ秒）です。



パルス間隔は徐々に短くなってきて1800〜1750あたりで安定になります。この時50マイクロ秒ほどパルス間隔に変動があります。



速度が安定したあたりを拡大すると振幅が一定周期で現れているのがわかります。また1回転先の結果を重ね合わせてみると振幅がピッタリ一致することも確認できました。どうやらエンコーダの誤差のようです。振幅は常に一定なのでパルス間隔の平均をとって1パルスごとの変動率を求めれば簡単に補正できそうですね。



でも今回は簡単に移動平均をかけて平滑します。パルス間隔を取得するコードに下記の処理を加えます。_pulseWidthが前回までの値で_pulseWidthRawが今回の値。それぞれ0.7と0.3の重みをつけて足しあわせています。

_pulseWidth = _pulseWidth * 70 + _pulseWidthRaw * 30;
_pulseWidth = _pulseWidth / 100;

床拭きロボットの製作（3）- フィードバック制御でDCモータの回転速度を制御する

Posted by arms22 on 2017年02月26日 0　 0

フィードバック制御を組み込んで速度制御を行えるようになったので、その制御方法と結果についてまとめておきます。


速度制御

センサーの値が一定量変化したら送信する - Wifi温度湿度計の製作(11)

Posted by arms22 on 2017年02月19日 0　 0

ESP8266 with HDC1000 Module Temperature/Humidity Monitor in Kyoto

ThingSpeakへのセンサーデータの送信間隔を一定間隔（5分）から一定量変化があったら送信するように変更しました。温度変化が激しい朝晩は5〜15分間隔、深夜から朝方にかけては温度がほぼ一定なので数時間間隔で送信しているのがわかります。1日のセンサーデータの送信回数が288回から30回〜40回に減って電池の消費量も大幅に減った、かも。これで半年ぐらい保つかな？


スケッチ

床拭きロボットの製作（2）- DCモータの制御

Posted by arms22 on 2017年01月26日 0　 0

DCモータを使うのは初めてなのでとりあえず回して感触を掴んでみることにします。タクトスイッチを押すと低速・中速・高速と速度を変えてDCモータが回転するスケッチを書きました。analogWrite関数を使ってモータドライバにPWM波形を入力し速度を調整しています。PWM周波数が732Hzと低く可聴域にあるのでモータからヴーという音が聞こえる。



クイックルワイパーを装備して実際にフローリングを走らせています。本体が軽いせいか思った以上に速度がでています。モータのトルクが足りるか心配だったのですが問題なさそう。2つのモータの回転数は合わせていないので、斜めに走っているのが分かる。


回路図

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床拭きロボットの製作（1）

Posted by arms22 on 2016年12月30日 0　 0

DCモータのフィードバック制御をやりたくなったので、その実験用に床拭きロボットを作ることにしました。現状、木のフレームにブレッドボードとやっつけ感満載ですが、ある程度仕様が固まってきたらフレームは3Dプリンタで作って、専用の基板も起こしたいと思います。



メインのマイコンモジュールはAdafruit Feather M0 Bluefruit LE、モータドライバはPololu TB6612FNGデュアルモータドライバを採用しました。TB6612FNGの出力は2つありますが、並列にして電流を稼ぐつもり。



Pololuの直径25mmのエンコーダ付きギアードモータにタミヤのスポーツタイヤを付けています。バッテリーはニッケル水素直列6本の7.2Vを予定。ゆくゆくはラジコン用のリチウムイオンバッテリーに置き換えたい。



スポーツタイヤ付属のホイールハブがPololuのモータシャフトに合わなかったので3Dプリンタでホイールハブを作りました。タイヤとホイールも3Dプリンタで作れるといいな。


部品リスト

• Pololu 20.4:1 金属ギヤードモータ 25Dx50L mm LP 6V 48CPRエンコーダ付き
  
• Pololu 直径25mm金属ギヤードモータ用ブラケット 2個入り
  
• タミヤ スポーツタイヤセット(56mm径)
  
• Pololu TB6612FNGデュアルモータドライバ
  
• Adafruit Feather M0 Bluefruit LE