kazutakoLAB -かずタコの電子工作部屋-

電子工作や趣味のあれこれ

趣味の話:電子工作 続きの続きの続き

どうもkazutakoです。

今日の記事も趣味の話の続きです。

ポケモンシャツのことも書きたかったのですが、とりあえず趣味の話いったん区切りのいいところまでしたいなぁとも思ったので、作品紹介にします。多分今回が最後です。

こうして記事にすると意外と少ない?

 

マイクロマウス(二号機)

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二号機 名前は白鯨

初号機は主に回路面でとても勉強になりましたが、そもそもまともに走らなかったのでマイクロマウスとしては残念なロボットとなってしまいました…

というわけで、初号機作製から1年後、やっぱりちゃんと走るマウスを作ろう!と思い立ち、二号機の製作にとりかかりました。

大体初号機作り終えたあたりでスプラにドはまりして、しばらくロボット作りから離れてました。

今回のコンセプトは、

  • 基板一枚をベースにした、いわゆる「板マウス」を作る(かっこいいから)
  • DCモータを使う(足回りのパワー不足解消)
  • 基板やホイール、モーターマウント辺りで発注を試す(自作は懲りた)

辺りを意識しました。足回りをDCモータにしたり、ロボットのフレームのほとんどが基板そのもので作られている構造(軽く、また重心も低く作れるので高速走行には有利)で設計してみたりと、前回からはいくつかのレベルアップを図りました。

特に発注の部分、いくつか試してみたい業者がありまして、値段や納期、クオリティなどいろいろ気になるところをチェックできたらなぁという狙いがありました。

そんな感じで、このマウスでは業者発注の部分が特に思い出に残っていますね。

 

製作過程

まずはマウス本体の全体的なサイズ感や形状を決めるために、3DCADで形を作りながらあーだこーだ設計します。この時使った3DCADはRSのDesignSparkというやつです。数ある3DCADの中でも特に直感的で簡単な使いやすいものでした。ただその分凝った設計や強度解析なんてのはできないです。

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3DCADでの設計もこの時が初だったかも

んで、最初に発注しようと思ったのがホイールとモーターマウントです。モーターマウントはモータの固定にエンコーダの固定、さらにホイールの回転軸も固定しないといけないのでまず間違いなく自分で作る必要があります。

またこのサイズのホイールになると、例えばミニ四駆どのホイールがあったりします。が、軸が細すぎたり微妙に小さい・大きいものだったりと、バチっとしっくりくるものが全然ないんですよね。

無いなら、作る

自作erの基本理念ですね。

この時頼んだのはDMM.makeです。3Dデータをウェブ上で送りつけるだけで、いろいろな材料で形にできるというなんとも今どきなサービスです。

値段もそこまで高すぎるわけでもないので、今後も使っていきたいなぁと思いました。

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DMM.makeで作ったもの 確か材料はナイロン

納期1週間くらいで、かなりしっかりとしたものが送られてきました。
ホイール1個にベアリング2つ使う贅沢仕様の設計です。

 

 

基板に関しては、前回同様基板設計CADを使って設計していきます。

特にこのロボットでは、できる限り表面実装用の素子を用いるようにしました。

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二号機の設計 センサ回路も改良して部品点数は少なめにした

右のほう、いっちょ前にロゴとか入れてますね(笑

そういえば前回記事から「表面実装」という言葉を数回使ってます。これは、皆さんが中学校の時とかに目にする、足が伸びてるタイプ(DIP、挿入実装型とも)と違い、表面実装型(SOPと呼ぶこともあります)は穴には通さずに基板表面にそっと乗っけるようなスタイルではんだ付けするタイプの事を指します。

基本的に表面実装型のほうがめちゃくちゃ小さいです。

なんで基板面積の節約になったり、素子の密度を高めて見た目かっこよくできたりと、いいことが多いのです。下の写真がLEDでの比較です。右がちょっとわかりにくいですが、四角いような白いの一個一個がLEDです。大きさはだいたい2.0×1.2㎜くらいです。

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DIPのLED(左)とSOPのLED(右)

そして今回はデータを紙に印刷したりせずに、業者に発注します。この時に使ったPCB(プリント基板の事を指すけど基板作ってくれる業者のことを指すこともある)はElecrowという中国の会社です。

なんと、一枚当たり200円くらいで作れてしまう価格破壊もいいところのぶっ飛んだ値段設定。さすが中国です。

国内の有名どころは数万くらいしますからね…なかなか個人の趣味で手を出すのは厳しいです。ただ、そういうところは基板データをチェックして、ここが悪いあれがおかしいといろいろいちゃもんアドバイスをくれるので、サービス料込ってところでしょうか。

発注手順なんかはググれば出てくるし当時もそうしましたが、今度自分のためにもこのブログで書こうかなとも考えてみたり。

少し脱線しましたが、発注した基板がこちらになります。

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いわゆるElecrowガチャ

こうして実物が手元に来るとかなり興奮してしまうのはきっとこういう趣味の人は分かってくれると思います。発注自体は5枚でお願いしてたんですが、届いたのは7枚でした。

というのも、「不良品をいかに減らすか(不良品率を下げる)」という日本企業の考え方と違い、中国はどうも「不良品率~%だから、追加でこれくらい送っとけば納品数足りるだろ」という考え方のようで、あ~まぁ確かにコストは低いのかな?といろいろ考えさせられました。

基板のクオリティとしては、自分が頼んだものに関しては目立ったエラーもなく、きれいに作られていました。ただ少しはんだ付けがしにくかったかな?フラックスの問題でしょうか。

 

以上のように初めての発注作業をいくつかこなしましたが、どれも自分の思い通りのものが届き非常に満足しましたね。一個人がここまでいろいろ作れるというのも、一昔前では考えられないことだと思います。本当にいい時代になりました。

 

いざ走行…?

…んで、ハードに関しては相変わらず良くできたんですが、走らせるところまでは結局行かずに止まってます。

原因としては、選定したマイコンでは自分がやろうとしていたことが全部できないということが後から発覚し、どうせ最後までできんやんけ!となって萎えて中断した感じです。また選定ミス()。

ただ、これに関してはマイコン変えれば一応解決はするのですが、同じ大きさのボードで要求を満たすものがたぶんないので自分でマイコンボードを作る必要があるのが少し大変かなぁ。

 

さらには、今までちゃんとした制御(エンコーダで回転数読んでフィードバックとか)を全くしてこなかったので少し苦手意識があります。ハード面ではかなり自信があるのですが、動かす経験が不足している…今後の課題です。

 

終わりに

はい。ここまでが自分の作品の紹介(兼メモ)です。いかがでしたでしょうか。

これを読んでいただいた方がロボット作りに興味を持ってくれたのならうれしい限りです。

それでは今日はこの辺で、また次回。

趣味の話:電子工作 続きの続き

前回更新からかなり空いてしまいました(2週間も…

ここ最近リアルのほうで少し忙しいことになってまして、なかなか書く元気を残して家に帰れなかったのが現状です。

ですが、この前のポケモンダイレクトやニンテンドーダイレクト、また3か月待ってようやく届いたポケモンシャツなどなど、テンションが滝登りするようなイベントが多々あったので、意外と心は穏やかです。

今日は前回からの続きをとりあえず書きまして、次回以降に先の激熱イベントの事を書こうかな~と考えております。

 

と、いうわけで今までの作品紹介の続きですね。

 

マイクロマウス(初号機)

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初号機 名前はK.Rosso(由来忘れた…)

私の所属していたサークルでは2年生になってから、自分の作りたいロボットの種類に合った班に所属するのが通例でした。例えば二脚ロボットが作りたかったら歩行班、アームロボットが作りたかったらアーム班といった感じです。いくつかある中で、私はマイクロマウス班という班に所属しました。

マイクロマウスというのは競技用ロボットの総称、またはそれを使った競技そのものを指す言葉で、大会自体は1970年代から行われているとても歴史のある競技です。

大会のレギュレーションはいたってシンプルで、ロボットが大きな迷路を自力で探索し、ゴールまでにかかった時間を競う、といったものです。


マイクロマウス大会2014 エキスパートクラス優勝 最速走行

上の動画は最速走行の解説になってますが、一台のロボットは5回まで走行でき、最初の1,2回で探索、残りで最短ルートを高速走行、といったスタイルが主流です。

んで、私が入った班は動画のようなかっちょいい競技用ロボットを作ろうぜ!といった班で、私が一人で作り上げた最初のロボットが上の画像のマウスです。

 

製作過程

このロボットのコンセプトとして、

  • 制御しやすいステッピングモータを使ってみよう
  • プリント基板を自作してみよう

という二つを掲げました。前半のステッピングモータというのは、3Dプリンタなんかでよくつかわれているもので、「~度/~回転 回りなさい」といった回し方が構造上簡単にできるモータです。

これを使えば、”モータをどれくらい回したか”という情報から”どれくらい進んだか”を計算で求めることができますね。あまりスピードはでないし重いモータですが、初心者向けでちょうどいいと当時考えてたと思います。

んで、一番やりたかったのが後半のプリント基板の自作で、なかなか面白い体験でした。

プリント基板というのは、例えば今この記事を読むために使っているパソコンやらキーボードやらマウスやら、一般的な電化製品の中に入ってる回路の事です。

自分で設計した回路を実際にプリント基板にするには基本的に業者に発注するしかないのですが、例えば日本で有名な「ぴーばん」(検索除け)さんなんかに頼もうもんなら一枚数千~数万の値段になります。やばすぎ。

しかし、自分でユニバーサル基板(いっぱい穴が開いてて自由に回路を組める基板)で回路を作るのもなんかスマートじゃない…しかも表面実装(楽しい)しかできない素子もあるじゃん…しゃーねー自作したらぁ!!

てな感じでDIY精神に火がついて、若さに任せたノリと勢いでこなしたのが以下の手順になります。

まず、プリント基板用CAD(私はEAGLEを使ってます)を用いてプリント基板を設計します。はじめはまともな回路引くのも大変で、素子をきれいに並べて回路をきれいに引いて…とあーだこーだ言いながら3か月くらいかけて作りました。

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CADでカリカリ設計していく 使い方は独学で学んだ

んで、この回路図をレーザープリンタでコピーし、生基板と呼ばれる一様な銅の面があるだけの板に転写します。

転写の仕方は、洋服にアイロンでワッペン付けるのと全く同じような感じです。熱し方や力の入れ方が少しでも下手だとうまく転写せず、線が切れたり滲んで他と繋がったりでめちゃくちゃ大変でした。下の写真の中で少し色味が違うところは、切れそうな線をマジックで補強した部分です。

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生基板に転写 実は裏面もある

そして、腐食液(酸化第二鉄液)にこれをじゃぶじゃぶ漬けます。ひたすら漬けます。

すると、プリンタのトナーがついているところだけに銅が残り、見事回路になるのです。

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溶かした後 こいつに穴を開けないといけない…

この溶かす作業も、時間が少なすぎると銅が溶け切らずにとなりとくっついたり、逆に長すぎると断線してしまったりと、何度も何度も失敗してようやくまともなのが作れました。

トナーを除光液で落としたら、いよいよはんだ付けです。

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はんだ付け ここが一番楽しかった

表面実装のはんだ付けも初めてやったんですが、米粒より小さい鼻息で吹っ飛ぶような素子を引っ付けるのは最高にエキサイティングでした。

んで、同じような要領で基板をいくつか作って…

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作った基板 左からセンサ(受光)回路、センサ(発光)回路、メイン基板

モータものっけて組み立てます。

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ステッピングモータはこんな感じで取り付け

そして、一番上の写真のような機体が出来上がったわけです!

ここまで、全部ひとりで調べて勉強して設計して作業して作業して作業して…

半年ほどはかかったでしょうか、このマウスの製作を通して、それはそれは多くのことを学びましたし、何より、最高に楽しかったのを覚えています。授業もそっちのけで作ってましたからねぇ

苦労も多く、しかも結果としてまともに動きませんでしたが()、とてもいい経験になったと思います。ロボット作りの奥深さ、面白さを自分の肌で感じることができましたね。

 

それにしても二度とプリント基板の自作はしたくないですね!←

というのも、そもそも成功率低いし廃液の処理とかめっちゃ面倒だしで、楽しかったですし勉強にはなりましたが実用性が皆無すぎました笑

 

ロボットの結末 

ハード面でめちゃくちゃ凝って作ったこの機体。

 

実は先ほどちらっと言ったように

 

まともに走りませんでした.....orz

 

orzとか今どき使ってる人いるのかな

自作基板は最高に良く作れていて、センサもきちんと作動しましたしモータも回りました。

なのになんで動かなかったかというと。

足(モータ)に対して体が重すぎました。

タイヤを浮かせた状態なら普通に回る。でも接地させて走らせようとすると、モータに送る高周波の信号の音(ピーって音)がむなしく響くばかりで、うんともすんとも前に進まなかったのです。

モータは部室に転がっていた小さめのものを使ったのですが、その時は

「お!ステッピングモータにしては小さいのがある!ラッキー!!」

と浮かれて、ちゃんとスペックを調べなかった自分の落ち度…!圧倒的ミス…!

まあこんな失敗も含めて、本当にいい経験になりましたとさ。

 

 終わりに

ここまで書いて、文字数見たら3000文字にとどく勢いでした。相変わらずの長文だぁ。

長くなりすぎたので、マイクロマウス二号機はまた別の記事に書きます~

趣味の話:電子工作 続き


今日は前の記事 

 の続きです。今までどんなもん作ってきたのかを軽く紹介(兼メモ)したいとおもいます。

ライントレーサー

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ライントレーサー 名前はジャスタウェイ

これは大学1年の秋あたりに作ったロボットです。同輩と二人でせっせこ作りました。

ライントレーサーというのは下のgifのように、フィールドに書かれた線の上をたどって走るロボットの事です。ラインの読み取りは光センサを使っていまして、線(白)と地の色(黒)では反射する光の量が違うことを利用して線の有無を判断します。

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走ってる様子

こういった仕組みを用いたロボットはありふれていて、指定されたコースを走りきる速さを競う大会も多く開かれています。このロボットも大会に参加するために作ったものです。

 

車輪で移動しようと思うと、独立二輪+キャスターだったりを使えば前後移動や旋回は問題なくできます。でもそれは面白くないよね~との事で、旋回の仕方に一工夫入れています。自動車なんかのステアリングを模した機構を搭載しました。

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ステアリング 当時はアッカーマン機構とか知らなかった

大会では確か20チーム中4位?の成績で、まあまあ健闘できました。

同輩との仲も深まり、このあたりからロボット作り楽しいなぁと実感し始めました。

 

今日はここまで、まだ紹介したい作品があるのでもう少し続きます。

 

 

 

 

趣味の話:電子工作

誰かの役に立つようなブログ書きたいとか言ってていつまで自分の話してんだという突っ込みを自分で入れたくなりますが、書きたいこと書かないと続かない気がするので許してください(誰に向かって言っているのか)。

私の趣味の一つで、今までもそしてこれからも生業になっていくんじゃないかと思われる電子工作…特にロボット、これについて語っていきたいと思います。

幼少期

ロボットの話するだけなら、実際に手を出した大学時代から語ればいいんですが幼少期の体験が今のこの趣味に非常に大きく関わっていると思うので書きたいと思います。書きたいこと書くんだ!

車いじりが好きで、実際に車関係の仕事をしている父の影響でしょうか、幼稚園あたりから器用に手先を使って折り紙なんかでいろいろ作ってました。あとは小学館からでてた「幼稚園」とか「小学〇年生」とかの付録、あれが大好きでした。さらには祖母の家に行ったときに、近くにあった児童会館で木工教室をやってまして、小学校1年から6年までが対象だったんですが毎年行って皆勤賞でした。少しづつ作れるもののレベルが上がっていったのが楽しかった記憶があります。書き出してみると、ほんと小さいころからひたすらなんか作ってた気がします。作ることが好きでした。

なんでここまで狂ったように作ってのか、記事を書きながら考えてみましたが、きっかけに関してはおそらく母親と一緒にいろいろやってたのが楽しかったんだと思います。で、作ったものを見て親や祖父母が褒めてくれるのがうれしかった。そういう体験もあっていろいろやるようになって、そのうちものづくりそのものの楽しさというか、自分の手で思い描いたものを作っていく工程やできたときの達成感なんかが好きになっていったのかなぁと思います。でもやっぱり周りがすげーすげーと褒めてくれるのがうれしいというのが大きかったかな?自分も好きだし、周りも認めてくれる。とても貴重で大事な趣味だと思います。少し前に小学校の頃の友達と飲んだ時に、

「お前は小学校のころから理科だの折り紙だのやってて、中高大とその好きなことで一貫しててすごいと思う」

なんてことを言ってくれました。そう言われたときに上に書いたようなことを少し思い出してジーンとしたことがあります。周りの人にもほんとに恵まれてたなぁと。

ロボット作りとの出会い

前置きがだいぶ長くなりました。いよいよロボットの登場です。大学に入って初めてロボット作りというものに触れました。授業や実習ではありません。いわゆるサークル活動です。

今高校3年生がこれを見ているとしたら、理系学生は大学と学科を調べるときにその学科の教授をしっかり見ておくべきだと強く言いたいです。なんでこんな話を急にしたかというと、私がロボットの勉強・研究ができると思って進学した学科がこれはこれはロボットにほとんど触れない学科でした。いや、少しはあるんですよ?3年生あたりからロボット工学とか。でもほんとに少ししかなくて、入学して時間割を組む際に読んだシラバスをみて膝から崩れ落ちましたね。そもそも教授陣の中にもロボット関係の人が2人しかいなかったらそりゃこんなんなるなと思いましたね。高校生は気を付けてください。

話がそれましたが、上のような経緯から何か電子工作の勉強ができる、ロボットを作っているようなサークルはないかと探しました。そしたらやっぱりあるわけですよ。入ってすぐロボット研究部(以下ロボ研)的なサークルの新入生向け講習に参加し、そこでライントレーサーというロボットを作りました。簡単な工作機械の使い方や電気回路の作り方、マイコンを使った制御など、ロボット作りに最低限必要な知識をそこでいろいろと教えてもらいました。受けながら、

俺がやりたかったのはこれだよ!!!!

と心の中で叫んでたと思います。当然そのロボ研に入部し、そこから学部卒業までロボット作りに打ち込みました。(3年あたりで、イカがインクを吐くゲームにドはまりしてちょっとロボット作りから離れましたが)

 

長くなったので、今までの作品紹介は別の記事にまとめます。

コネクタのコンタクト/ターミナル(圧着端子)を使う際の工夫

今日も遅くなってしまったので小ネタというか小技的な話を。

電子工作をしていると、一度は使うことになる線対基板や線対線コネクタ。

これらは基本的に、電気的接続を担うコンタクトまたはターミナル(いわゆる圧着端子)と、それを収めるハウジングで構成されます。線対基板ですと基板側に立てるピンの事をウエハーなんて呼ぶそうです。

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線対基板コネクタの例、左からコンタクト、ハウジング、ウエハー

この辺の名前を知らないと、電子工作初心者が部品を探すときにめちゃくちゃ苦労しますよね(僕はしました)。適当にコネクタなんて検索したもんならありとあらゆるタイプのコネクタが出てきて埒が明かないです。

んで、今日話したいのはこの中のコンタクトという部品で、こいつらは圧着端子ですので基本的に対応したケーブルの太さを守らなければなりません。太すぎる分にはそもそもハウジングにも入らないので諦めて適切なコネクタを用意する必要がありますが、細い分には工夫でどうにかなったりします。

具体的に、まず被膜線内部の導体については(より線前提です)、通常より長めに切って二つ折りか三つ折りにして太さを稼ぎます。そして被膜部分については、熱収縮チューブを被せて太さを稼ぎます。こうすることで、コンタクトに対して細すぎる被膜線でも抜けにくい圧着ができます。

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上の説明を写真にするとこんな感じです

太さがあっていないものを使うのは、接触不良の温床になるので正直非推奨ですが、実際のところコネクタ一つわざわざ買いに行くのに秋葉原まで行くのも億劫ですし、物によっては地味に高いのでやたらめったら買いに行くなんてことはしないと思います。また、コンタクト、ハウジング、ウエハーに関しては互いに専用品で他に流用できません。たくさん種類があると、ストックしているうちにどれがどれだかわからなくなるのであまり増やしたくもないです。

ですので、こういった小技でその場をやりきるなんてのも自作ならむしろ醍醐味なんじゃないかと自分を納得させています。

 

簡単ですが今日はここまで。