磁気を使ったロータリーエンコーダ

磁気を使った、ロータリーエンコーダをサンプルで入手した。

AustriaMicroSystemsのAS5040という製品。１周を10bitで出力する、アブソリュートエンコーダ。（インクリメンタルとしても使用可能）

磁石を回転軸の端に固定し（接着かな）、その磁石を、チップの腹の部分の中央に近づけて使う。磁石の大きさはΦ６、厚み２．５ｍｍ、径方向着磁。
サンプルに1個ついてきたが、マウスに使うには２個必要なので、磁石のオーダーメイド通販で有名な二六製作所で見積もりを取ったところ、４個で２１００円／個、１０個で１００８円／個。

評価基板は、左のようなもの、中央のちょっと右上の黒丸が、基板に開いた穴で、反対側にAS5040が実装されていて、その腹が見えている状態。この穴に磁石を置いて回すと、パルスが出てくる。

世間は狭い？

先日コメントを書き込んでいただいた、イカロスさんの日記を読んでたらゴードン・ベルさんの話やVAX-780の話が。つい先日(4/17)もバーニング宮田さんの日記に、「VAX MIPS」という言葉があったよなぁ。でもVAXなんて知ってる人少ないんだろうなぁ。なんて、読み進めていたら、なんと、イカロスさん、元いた会社（DEC）の先輩（面識は無し）でした。自分は８７年新卒入社、バッジナンバーは17XXXXでした。

PSoCのキットが届かない...その後

PSoCのミニデベロップメントキットが届かない件で、日本サイプレスに問い合わせたところ、早くても５月の連休後、それも確実ではない。とのこと、がっくし。
入門書の購入者限定とはいえ、書き込み器と開発環境がセットで＄１０というのは、やはり大量の注文が殺到したんだろうなぁ。

マウスに必要なトルクの計算

メカに関してド素人なので、いままでトルク計算とかやったことがありません。

ネットで計算式とか出て無いかなぁと探してたら、ありましたぴったりのやつが。しかもよく見てみると、たまに寄っていた後閑さんのPICFUNのページのサブページでした。私の目は節穴です。

まず目標の動作を考えます。スペック上だけでも、支部サーキット10秒を目標にしてみます。

ターン速度　1000mm/s
初速　　　　1000mm/s
加速度　　　5000mm/s/s
最高速　　　3000mm/s
動輪直径　　　24mm
動輪外周　　75.4mm
最高回転数　39.8回転/s
ターン距離　141.4mm
ターン時間　0.141s
加速時間　　0.4s
加速距離　　800mm
最高速距離　920mm
最高速時間　0.31s
一辺時間　　1.25s
支部サーキット 10.0s

という感じです。そして、これに必要なモータのトルクを計算します。

・W:マウスの重量(kg)　（200g程度を目標にしますので、0.2kg とします）
・D:車輪直径(cm)　　（2.4cm）
・f:最高速時の車輪の回転数(回転/s)   (39.8回転/s)
・t:加速時間(s)   (0.4s)

・起動摩擦負荷トルクＬ(kg・cm)　（摩擦係数μを0.09とした場合）
Ｌ＝μＷＤ／４＝0.09*0.2*2.4/4＝0.0108
・負荷慣性モーメントＪ(kg・cm^２)
Ｊ＝ＷＤ^２／８＝0.2*2.4*2.4/8＝0.144
・加速トルクＴａ(kg・cm)
Ta＝Ｊ／ｇ × ２πｆ／ｔ＝0.144/980*2*3.14*39.8/0.4＝0.0918

よって、加速時と最高速時のトルクは以下のようになる（らしい）
・加速期間トルク　Tm＝Ta＋Ｌ＝0.1026(kg・cm)
・等速運動期間トルク Tm＝Ｌ＝0.0108(kg・cm)

さらに、安全率１．５倍して、S03Tのモータ出力の範囲内となるよう3.5分の1に減速して、単位をg・cmにしたのが、以下の結果。S03Tのモータで何とかなりそう。
・起動に必要なトルク　44.0(g・cm)　(S03Tは 0rpm で 約60g・cm)
・最高速に必要なトルク　4.63(g・cm)　(S03Tは 8355rpm で 約15g・cm)
・最高速時のモータの回転数　8355.6(rpm)

３．５分の１という減速比は、モータのピニオンに２段目ギアの10歯ギアを取り付けて、１段目ギアに、３段目ギアの35歯を使い、それを出力軸にすれば実現できる。
誉２１とかの高いモータを使わなくても、結構いい線までいけるかも！という希望が沸いてきた。（S03TのモータのスペックはDr.GIYさんのROBO-ONE 5th Technical Conference の資料を参考にしました）

KRS2350ICS REDのギアも調べました

S03Tのついでというか、いきおいでKRS2350ICSのギアも調べました。

特に何かの役に立つ訳ではないですが...。

・モータのピニオン 10歯モジュール0.25(外径3mm)
・１段目　58歯モジュール0.25(外径15mm)＋10歯モジュール0.3(外径3.6mm)
・２段目　48歯モジュール0.3(外径15mm)＋10歯モジュール0.4(外径4.8mm)
・３段目　33歯モジュール0.4(外径14mm)＋13歯モジュール0.4(外径6mm)
・４段目　42歯モジュール0.4(外径17.6mm)
減速比296.8分の1

ギアのスペックに関する記述を修正

ギアの外径からのスペックの計算方法が分かったので、「お買い得なDCモータ＋制御基板？」のギアのスペックに関する記述を修正しました。

ピッチ円直径は省略してますが、外径からモジュール数ｘ２を差し引けばピッチ円直径となります。

これが分かったので、モータ軸と1段目ギアの軸の間隔が18.0mmで、2段目ギアの軸と3段目ギアの軸の間隔が、これまた18.0mmということが分かりました。（確かに、モータの真上にシャフトがあるので、近いとは思われましたが）

S03Tに付けたフォトインタラプタの波形を見る

まず、S03Tのポテンショメータの端子に、４．７ｋΩのチップ抵抗を２個半田付けして、1500usのパルスで動かないようにします。

次に、20ms周期で2300usのパルスを出力するプログラムをPICに書き込んで、ブレッドボードにフォトインタラプタを付けたS03Tを取り付けました。

フォトインタラプタのLEDの電流制限抵抗には５００Ωをつけました。

で、ハンディオシロをフォトTrの出力に接続して実験開始。モータは予定通りの回転でしたが、パルスが出てきません。インタラプタの位置をいろいろ変えて実験した結果、LEDがスリット円盤に近い方がいい結果となりました。

いい状態でも、ちょっと位置が変わるとパルスが出なくなったり、間欠パルスになったりと、ものすごく微妙な位置調整が必要でした。

原因のひとつに、使用したインタラプタがTr直接出力ではなく、閾値で補正したあとのデジタル出力になっているため、微妙な電圧のところでも、ある・なしをはっきり切って出力されるからだと思われました。（位置調整がきっちりできるなら、デジタル出力はその後の信号処理をしなくていいので楽なのですが）

取り出した波形の周期は、1.724kHzでした。モータの１回転は、この10分の1なので172.4回転/秒=10344rpm ということで、S03Tのモータは無負荷時回転数が約10000といわれているので、つじつまが合いました。

ハンディ・オシロを購入しました

マウスの支部定例会に行かずに何をやっていたかというと、オシロを買いに秋葉原に行ってました。いままでオシロ無しでやってたかというとそうではなくて、今まではマウスを会社に持っていって、会社のオシロで調査してました。

２０年前（１８歳の頃）に、２０ＭＨｚのどでかいアナログオシロを中古で買った（６万円）ことはあったのですが、それは卒業のときに同級生に売ってしまって、それ以来、マイオシロは持っていませんでした。

で、秋月電子通商でいろいろある中から、いろいろ悩んだ挙句、「MultiScope 22-231」というのにしました。２０ＭＨｚ、２ｃｈ、付属のケーブルでＰＣに波形も取り込める、このあたりが決め手でした。オーディオとかやってて分解能が欲しい人には、この機種はイマイチかもしれません。

基本からやり直し（電源編その３）

久々にマウスの電源まわりの調査。（その２は去年の１２月にあります）

２月の定例会の直前に、昇圧後の電圧を19Vまでに落としているので、10Ωの抵抗（100Ω20Wを10個並列）を繋いで、19V1.9Aがどれくらい維持できるかの調査。

５分間実験したが、問題なく19Vが維持されることが分かった。とくに放熱不良で、性能が低下しているわけでは無さそう。

うーむ。そうすると、ステッパーの回転数が上がらない（上げると脱調する）原因は別のところにあるということか。ノイズなどのせいで、パルスや方向信号がうまく伝わっていない可能性を考えてみる。

調査は進んだものの、マウスとしては何一つ進歩が無いので、４月２４日の定例会への参加は見送った。

４輪駆動、４輪操舵、４輪独立懸架マウス

４輪駆動、４輪操舵、４輪独立懸架のマウス。の妄想。今日、秋葉原に行ってスーパーラジコンに寄ったら、「XMODS」というミニッツより小さいラジコンの部品がいろいろ売ってあったので、試しに買ってみて、秋月のユニバーサル基板をシャーシにして組んでみたのが左の写真。
でも残念ながら、シャフトはグラグラ、ふにゃふにゃ、でタイヤの成型も結構いいかげん。使い物にならなそう。

実は、４輪駆動、４輪操舵マウスというのは、去年マイクロマウスに復帰するに当たって最初に構想（妄想）したマウス。そのときは、ABCホビーのDTM-X4を一台買って妄想していた。が、DTM-X4を２台買って１台のマウスを作るととんでもなく高くなりそうだったので、やめた経緯がある。

S03Tにフォトインタラプタを追加

SHARPの透過型フォトインタラプタGP1A52を、S03Tのアッパーケースを加工して取り付けた。
明日は、これの波形をオシロで見てみようと思う。

昨日のこのネタの途中経過が、二足歩行系のWebサイト、ONOさんの「電脳壁新聞」で紹介されたのですが、それをご覧になっていらっしゃった方へ、このネタは、マイクロマウス用の改造なので、二足歩行ロボットのサーボの改造には応用できないと思います。（たぶん）

PCマウスのエンコーダのサーボへの移植

GWSのS03TにPCマウスのロータリーエンコーダをつける件。
ここまで出来ました。でも、PCマウスから移植した黒い円盤は、回すと少し歪んでいるのが分かります。(;_;)
この後、PCマウスの基板に付いているLEDとフォトTrが固定できればOKなのですが、なかなかうまい固定方法を思いつきません。

Digi-keyでいろいろ注文

Digi-keyでいろいろ注文した。実は初めての注文。

６ピンのPICに書き込むために、PICkit 1 Flash Starter Kit の購入が主目的。
それ以外に、PIC10F206。
WiPort用で、3.08V のリセットIC「STM811TW16F」など。

実は、１ヶ月ほど前まで、DigiKeyは、USのサイトで英語で注文しないとダメだと思ってた。さらに、きっと送料や手数料が５０００円くらいかかるだろうと（調べもしないで）思っていた。でも実際は、日本のサイトがあって、５０００円以上の買い物なら、部品代以外は送料２０００円と消費税だけであった。
国内の通販でも、送料１０００円くらいは良くあるし、秋葉原を往復すると自分の場合１５００円くらいかかるので、なかなか手に入りにくい表面実装部品などを買うのには非常にありがたい。

WiPort基板の作成中

WiPort用のベース基板を作成中。目標は、若松のWiPort用変換基板のサイズに、3.3Vの３端子レギュレータと、RS232Cレベル変換ICを載せたもの。
まずは、プリント基板CAD EAGLEで、ライブラリの作成、WiPortの部品を作る。
EAGLEは今までも使っていたのだけど、ライブラリ作成は初めてなので、だいぶ前に買っていた「EAGLE活用入門」を引っ張り出して読みながらの作業。何とか部品は完成。
３端子レギュレータは、NJU7223 を予定しているが、これもライブラリになさそう。明日作ることにしよう。

PSoCのキットが届かない...

PSoCの本を３月末に購入して、すぐに「ミニ・デベロップメント・キット」（価格＄１０）を注文したのだけど、いまだ届かず。（3/25 には「在庫切れのため4月中旬には出荷できる予定」とのメールあり）
デバイスは、ちょっと古めの CY8C26443-24PI を秋月で購入済み。最新の CY8C29466-PXI をパステルマジックで購入済みなんだけどなぁ。
このデバイスが使えると、反射センサーの回路がCPUの中に取り込めて、超簡単になってしまう可能性大。
DCマウスなら、PWMのハードウェアも内臓できる。

でも、ブツが届かないので、今週末のマウス東日本支部例会向けに、ステッパーマウスの調整を行うことにする。

安いロータリーエンコーダを考える

DCマウスのためのロータリーエンコーダを考える。
ALPSのぐるぐる回るポテンショメータRDC803001Aを使うと、１軸でA/Dが2ch必要。
マウス（マイクロマウスではなく、PCのマウス）のボールの回転を読む光学式ロータリーエンコーダは使えないか、いろいろばらしてみた。

コンパックのマウス。

DECのマウス。

ロジテックのマウス。

MSのマウス。

MSのマウスのアップ。シャフトの径が一定。円盤のスリットが、オープン型（ギアみたいな感じ）

コンパックマウスのアップ。MS以外のマウスは、シャフトの径が、ボールがあたるところが太くなっていた。また、円盤のスリットは、長方形の穴を空けた形になっていた。（１周６０個のスリットがあった）

MSのは円盤がφ１９ｍｍほどあり、サーボケースに収まらないので却下。
それ以外のマウスは、φ１６ｍｍ弱で、ケースに収まる。（ただし、LEDとTrは外にはみ出してしまうが）

６０個のスリットの円盤を最終出力軸に付けてしまうと、分解能が足りない（１パルスでの移動距離２～３ｍｍ）と思われるので、その１段手前（３倍の分解能）の軸が一番適しているのだが、どうやって取り付けようか考え中。

秋葉原で買い物

今日の買い物。
サーボS03Tを1個。
S03Tのメタルギアを2組。
反射センサーGP2S40を２個。（これで、モータの回転数がセンス出来ないか試してみるつもり）
トラ技４月号２冊。
R8C/TinyのDIPのやつ１個。
（でも、RAM１Kでは使い道が結構制限されてしまうなあと思う）

サーボ内のモータに付いているギアのモジュールは０．３ではなく、さらに小さかった。
いったいいくつなんだろう...。

ダイナマイザーを肴に

家でNHK-BSが見れないので、秋葉の「ひろし」での飲み会に参加。
杉浦さん、宇宙ロボコンファイターＸ さん、えまのんさん、
石川さん、石川さんのお友達の、TOBBYさん、と私の６名。
ダイナマイザーの開発の様子もさることながら、いきなりひろしでの新年会がたっぷり映って、モデラも映ってるし、「KONDO」とアップで映るは、HSWB-02がアップで映るは、ダイナマイザーのテーマもかかる！HMD着けたアスカさんも映ってる。密度の濃い放送でした。
途中のダイナマイザーが歩いたり走ったりのCGは、杉浦さんからはデータの提供はしていないとのこと。映像からデータを起こしたと思われ、お金も結構かかってそうな放送でした。
私のメカボンBを持っていったところ、無線LANシリアル変換の「WiPort」が杉浦さんのお目に留まった。別にWiPortのメーカーの人間ではないのですが、自分が選んだデバイスを「いいねこれ」と言われたらうれしいです。

というわけで、無線LAN（802.11b）からシリアルに変換するデバイス「WiPort」（ワイポートと読むらしい）の紹介。

代理店、日新システムズ　http://www.co-nss.co.jp/products/network/lantronix/wiport/wiport-top.html
ドキュメント　http://www.co-nss.co.jp/download/download-top.html#wiport
若松通商の通販ページ　http://www.wakamatsu-net.com/cgibin/biz/psearch.cgi?page=0&word=LANTRONIX
このページの、商品番号38060036、「LANTRONIX Wi-port本体+専用基板（コネクタ－実装）」税込18,000円だけで、無線LANのPCなどと通信できます。（別途、3.3Vのレギュレータと、3.3V用RS232Cレベル変換ICは必要）
ただしアンテナは付属しません。（わたしは、無線LANボードから取り外したものを装着しています）
アンテナをつけなくても近距離は通信できます。

S03Tを改造してみた

加工が必要なのは、主に３段目のギア。
歯数の多い方のギア側から、φ３．５のドリルで２ｍｍほどザグる。
その後、歯数の多い方のギアをニッパで切り取る。
これを、もともとついてた向きと逆に取り付ける。ザグった部分が、丁度１段目の１０歯のギアにかぶさる。
ぴったりかぶさることを確認したら、油分などをきれいにふき取って、接着する。
４段目のギアには、クルクル回転防止の突起があるので、これもニッパで切り取る。
ポテンショメータは、シャフトから何から取り外す。
これで、「PWM信号で、正逆転と速度制御ができるモータ」の出来上がり。

DCマウスに使うには、位置情報を得る必要があるので、ロータリーエンコーダなどを付ける必要がある。

お買い得なDCモータ＋制御基板？

ピニオン付DCモータ、制御基板、ベアリング２個、プラギア４個、ケース、ハーネスがセットで税込み１６００円というものを見つけた。家で。
GWSのS03Tをバラしただけなんだが。DCマウスが作れそうな気がしてきた。（いままでDCを敬遠してきたのは、ギアと制御基板が自分では無理そうだと思っていたから）

写真は、
上段左から、制御基板、モータ
中段左から、アッパーケース、ミドルケース、ボトムケース、円形サーボホーンφ３５（タイヤに使えるかも）、ベアリング（外径１０ｍｍ、内径６ｍｍ）２個
下段左から、ポテンショメータの抵抗体、ポテンショメータのスライド側＆シャフト、ポテンショメータと出力軸のアダプタ、４段目ギア、３段目ギア、２段目ギア、１段目ギア

ギアの詳細
・モータのピニオン　10歯モジュール0.25（外径3.0mm） 内径1.5mm
・１段目　62歯モジュール0.25（外径16.0mm）＋10歯モジュール0.3（外径3.5mm）
・２段目　50歯モジュール0.3（外径15.6mm）＋10歯モジュール0.4（外径4.8mm）
・３段目　35歯モジュール0.4（外径14.8mm）＋11歯モジュール0.5（外径6.5mm）
・４段目　33歯モジュール0.5（外径17.5mm）
減速比、325.5分の1

ギヤを４つそのまま使うと減速し過ぎで、マウスには向かないので、同じシャフトを使う１段目と３段目のギアを接着して、２段目を無くせば、減速比１８分の１となる。
またS03Tは浅草ギ研で売っているパーツで、メタルギア化も可能だったり。モータもKOのモータなどが使えそうなので、強度が足りないとか、スピードが足りないとか、今後予想される問題にも対処できそうだ。

マウス東日本支部の定例会に参加

といっても、最後の10分くらい。
いろいろ用事を済ませていたらこの時間になってしまった。
昨晩から、マウスの昇圧回路を改造していたが、完成しなかったので試走は無し。

綿谷さんが日記で公開されているマウスの実物を拝見した。小さい！
基板が上面にきて、その上にリポをのせるそうだ。

その後、綿谷さん、小峰さん、小泉さんといつもの居酒屋へ。

次回の定例会では走るようにしたい。そして、制御はできなくても最高速は、他の方々と同等くらいに持っていきたい。

富士急ハイランドへ

3月31日に家族と富士急ハイランドへ行ってきた。
圧縮空気？であっという間に100km/hくらいの速度で射出されていく「ドドンパ」や、どいういうアクチュエータか想像できないが、ギュインギュインうなりながら１０ｍ以上ありそうな鋼鉄のアームを振っていく「トンデミーナ」は、すごい技術だと感じた。特にトンデミーナのアームの動きを見ていると、ガンダムとか実在したらこんな威圧感があるのかなぁ、しかも遊園地の乗り物と違って、自由に動き回るし、きっと転んだりもするし、と考えるとちょっと怖いかも。と、いろいろ考えてしまった。