n_shinichi’s blog

日々の備忘録、 趣味のあれこれなど紹介 (すみません、メニュー、リンク、カテゴリー分けがうまくできてません、★記事一覧★で見てください...) NHK魔改造の夜ではDンソーのベテランアドバイザーってことで出ました♪

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世界最小ライントレーサー? わずか2.6g! ホイールベース10mm ハードは一応完成♪

これまで宙ぶらりんだった フォトリフレクタを

 前輪の両側に配置して固定、余分な線カット

 配線をそれなりにまとめた・・・ただそれだけの作業ですが

  ピンセットニッパー、ピンセット、ピンセットペンチ・・・使って

  拡大鏡見ながら・・・で1時間ほど掛かった。。。

 

 

 

ちょっと余分な線がついてるけど 体重測定してみたら 2.6g

 

 

ちょっと工作仲間とギネスの話が出て・・・

 そう言えば、以前紹介した ちぃペンちゃん縄跳び、

 NHKの本来のお題? 通りにちぃペンちゃんを魔改造して

 外見はそのままで単独、一匹でジャンプするのを作って

 ESPNOW通信で同期して一斉に縄跳びを5匹で5回連続飛べれば

 ギネス認定されるということで、

 会社のアイデア工作イベントでやろうってギネスと話が進んだことがあった。

 

 でも、東大王で知られる伊沢さんの番組収録の方での予算が優先で

  こちらには回ってこなくてボツになった・・・って話しでした。

 

一応、会社のアイデア工作イベントでちぃペンちゃんは5匹

 5回連続は跳ばした・・・・ギネス非公認の世界記録...かな ^^;

 

よく知らなかったけど

会社がギネス認定を受けるには大金が掛かるけど

 個人でギネスの申請は費用があまり掛からないそうで

 マイナーな?とこ狙うと割とギネス獲れるらしい。

 

 

で・・・

ロボの次は動作確認かな♪

 スタックチャンにモニター係を 協力要請中・・・♪ 

 

 

 

 

マイクロライントレーサー ベアリング車輪作り~補助輪の取り付け

Φ3mmのベアリング車輪にします。

 マイコンのポート直でブラシレスモータを2個駆動してるのですが

 ATtinyはポートの電流能力がESP32などと比べるとずっと小さく

 実質40Ω程で、 ブラシレスモータ(2相バイポーラIMステッピングモータ)の抵抗

 が約30Ω、3レベルインバータ駆動でLipo1セル直で1.8V程度しか相電圧が

 掛けられないので20mAちょっとで駆動です。

なもんで・・・トルクが弱いのでフリクション低減で

 ビーズ車輪じゃなくてベアリング車輪にします。

 

 

    ◆こちらはESP32でビーズ補助輪式

n-shinichi.hatenablog.com

 

  ◆こちらはESP32だけど ATOMS3スタックチャンで非常に重いので

     ベアリング補助輪にした例

n-shinichi.hatenablog.com

 

今回のベアリング車輪とフレーム

 

補助輪の取り付け、今回も3輪式です。

 

まだフォトリフレクタは宙ぶらりんの触覚状態です。。。が、
これで、一応の

 走行動作の確認していきます。

 

車両総重量は3g程度ですが

 補助輪の重量密度は半端なく高いです。ほとんど鉄(SUS)の塊に近い。

 

おまけ・・・

 今日、うちの息子が狂犬病の注射をしてきたのだけど
 ご機嫌斜め。。。

Xユーザーの白柴犬ハクさん: 「超怒ってます💢 #激オコ #怖〜っ💦 #歯茎 https://t.co/qWB9o9XgqV」 / X

 

マイクロライントレーサー ライン検出用フォトリフレクタの 動作確認

ATtinyマイコン、周辺を小さくまとめたので動作確認、その2

 フォトリフレクタの白黒判定

 

モータ動作確認の時もそうだけど赤外線シリアル通信の反応範囲、角度が

 だいぶ広くなってる。

 

 

以前はそこそこ赤外LEDと受信機の向きを合わせてないといけなかったけど

けっこう向きが違ってても送受信してる。

以前紹介した、赤外LEDの駆動の見直しの効果。

 

以前は38kHz、200Ω付けてduty20%

 それをまじめにポートのFET抵抗測って・・・計算して

37.9kHzに正確に感度高いバンド幅に合わせて、

 抵抗なしにして電流を倍に増やし、duty10%に絞ったのが効いてる。

 

赤外線受光モジュールのPIC79603の周波数感度、37.9kHzからちょっと

 外れるだけでかなり落ちる。

 

で・・・

 

フォトリフレクタの方、ちゃんと白黒判定はできてた♪

 次はスイッチ、補助輪。。。どうするか

 

 

 

マイクロロボ ブラシレスモータをマイコンのポートでダイレクト駆動 動作確認

一体化して、 小さくまとめたので動作確認。

 バラで配線した時は動いてて、小さくまとめると動かなくなる・・・

  マイクロ工作モノ作っててよくある。

 

 

他の部品と重なる予定がないところや小さいチップの周辺は

 Φ0.1以下の細めの裸線を使うことが多い。

 ある程度のブロック単位で動作が確認出来たら、接着剤、レジンなどで

 よく固める。

 接着剤がいい塩梅にできてないと小さく仕込む時に変なとこ接触、接続したり

 断線したりする。

 可動するようなとこは柔らかい弾性接着剤を線の引き出し部に塗って固めるの

 だけどそれを忘れててとか不十分で断線ってのが、たまにある。

 

Φ0.1、それ以下の線・・・ 

 単純に引っ張り強度不足で切れるってことはまずない。

 髪の毛にはかなわないけど100gとかではまず切れない。

  銅は0.1mm角が250gほどの標準強度

 

一番多いのはハンダ付けの根元の曲げ応力集中部の疲労破壊断線

  面からのハンダ付け引き出し線には弾性接着剤、端子とかだと

  チューブ被せておくなどちゃんとやればそれなりに防げるけど

  手抜きをすると数回の曲げでち切れる。

 

で・・・・動かしてみた結果、、、

 思ったよりCPU温度上がる。

 これまでマイコンのポート駆動でモータ回すのはそこそこやってきたので

 およそのレベルは予想してたけど思ったより上がった。

それでもまだ以前ATtiny1616の3mm角VQFNよりは低い。

  VQFN、3mm角でゲジゲジ配線は流石に放熱できないので

  ポートで20mA連続的に流すとちょっと厳しかった。

SOPにしたら熱の拡散がもっとよくなると思ったのだけどちょっと期待外れ。

 熱の読みはけっこう自信あったのだけど。

 

日本はF1が有名だけど、 アメリカではF1はあまり知られてなくて

 CART、インディレースの方がはるかに人気があって。

トヨタはこれに参戦してた。

 

 

◆熱の読み・・・昔話、、、

 仕事で20年以上前、やらかしたことがある。

 CARTレーシングカー  インディレースとかの電装品開発してた。

 この頃はハイブリッドなんてもちろんなくて、

 自分が開発してたのはECU・・・エンジンコントロールのコンピュータ

  イグナイタ・・・点火装置、

  インジェクタドライバ とか。

 

レース用での開発品は車載用の部品は使わないことがけっこうある。

  たとえば量産モノの車載用のマイコンなんかは

  コスト、信頼性が最優先。

 レースは性能が何より最優先。

  まず勝てるモノづくりをして、、、それが厳しいレース環境で壊れないように

  する。。。みたいなとこある。

  

 レース用は軽量化が常に求められるけどフォーミュラカーではさらに

  小型化が求められる感じ。

  箱車と違って、積むとこがない。

  サイドポンツーンもあの中は風洞みたいなもので空力パーツだったりで

  中にモノは置けない。

 以前どっかでもちょっと書いたけどこれのイグナイタの設計でやらかした。

  最初に設計見積もりで宣言した重量より完成品は重くなった。

   試作品でそれがわかって、中の放熱充填剤の量を減らして

   重量を予定通りにした・・・ら、焼けた。。。

    この頃は熱設計技術がまだいけてなかった。。

 2週間後に次のレースがある、それまでに原因対策を報告してかんといかん。

  すっげー 怒られて・・・

 トヨタにごめんなさいして、、、対策、重くなるけど放熱充填剤ちゃんと入れた。   

  うちには帰れんかった... 会社で寝て。。。 上司も。

 

 量産ハイブリッド車のインバータ設計してた頃も

  すっごい忙しかったけど

 最大瞬間風速的な忙しさはレースの方がきつかったな。。。

  それでも仕事は楽しい♪ってのがはるかに上回ってたけど

   自分の好きなように自由に設計できたもんな。。。

   量産はものすごい設計基準、コストの中でやらんといかん。

 

イグナイタ、、、

市販車はスポーツ車で4気筒で、8000rpm程度って程度だったかと思うけど

 レーシングカーのはV10、、

  10気筒de15000rpm、点火エネルギーも大きくて出力もはるかに大きい

  HONDAのがTDK製で米国出張でピットで写真撮ってて怒られたことある。

  で、後で自分が設計した方が小さいって自慢してた♪

 

あー・・・ また全然マイクロロボと関係ない

 脱線の方が多くなったな・・・

 

マイクロロボ、およそ形になった♪

モーター駆動ユニット、マイコン周辺回路、電池を一体化

 フォトリフレクタ(ライントレース用センサ)が触覚みたいな感じ

 

触覚の様に電池の前に左右から出てるフォトリフレクタセンサへの配線、

 ぱっと見は1本ですが 3本のΦ0.1線、Vcc,GND,信号 を束ねてます。

 

 

フォトリフレクタの配線についてはこちら

n-shinichi.hatenablog.com

 

 

主要サブAssy達

 左から 電池

   Lipo 400909 30mAh ・・・・約100円

 中央:マイコン&周辺回路: 

   ATtiny1614、赤外線シリアル通信回路、フォトリフレクタ

   3レベルインバータ用回路等  ・・・・約300円

 右:駆動ユニット 

   ブラシレスモータ、2個 Oリングタイヤ、ホイールチューブ ・・・・約50円 

  

 材料代 ・・・ 合計約500円弱  

 

 設計検討、製作費・・・プライスレス♪ だけど、、、

      自分の仕事での自給から推定すると、10万円以上かな。。。

 

 

モーター駆動ユニット・・・ちょっと大げさ

と、電池の関係はこんな感じで組むことにした。

ライントレースでのフォトリフレクタセンサは駆動輪より前にないと

 処理が大変なのでこの構成で、電池側が前。

 

◆ライン検出センサを本体後部・・・

 こんなんやる人いないと思うけど、昔やったことがある。

 ちょっと制御事わかる人はすぐ想像つくと思うけど

 変化を事後に検出するので遅れが出るのでかなり難しいです。

  センサを本体側面につけるってのも。

そんなん無理・・・みたいな話があって誰もやってない...

 できたら、、、ちょい自慢だなって試した。

  カルマンフィルタ応用で前方予測みたいなことして・・・

   緩い曲線でのライントレーサーはギリできる感じだった。

 

話、戻して...

 電池側が前輪

  悩ましいのが前輪、補助輪どうするか。

  これまで、ビーズ、べアリング使ってやったことがある。

 ビーズ車輪

   フリクションがちょいと大きい。

   でも路面との摩擦は小さくて超信地旋回動作などの抵抗は小さい。

 

 べアリング車輪

   当たり前に転がり、フリクションは小さい。

   ATtiny、ESPマイコンと違ってポートのFET抵抗が高い。

   Lipo1セル電圧の3レベルインバータ駆動で1レベルの

   電圧が1.8V程度しか掛けられない場合実質電流はESPの半分くらいになる。

   トルク・・・推進力、弱いので

    超信地旋回動作が難しいかもしれない

 

   

 

 

でもって、、、

ATtiny、マイコン本体をΦ0.1配線で空中配線にして20mA程度を流し続けると

   チップの放熱が十分にできないので無風だとチップ温度は簡単に

   60度程度まで上がる。

   FETは温度が上がると抵抗がまた上がる・・・

  この辺は、ある程度予想はしてたけど思った以上に効いてしまった。

  ちょっと風がいるかもしれない。

  

 今使ってるATtiny1614はSOP14で14ピンでポートが少ない。

  次はATtiny1616、VQFN 20ピンにしようかなと思ってたけど

   VQFNの3mm角を空中配線だと20mA流し続けると熱暴走で

   過熱保護が掛かるくらいになるかもしれない。

   ポート駆動能力で回すモータでってのがけっこう気に入ってたんだけど

   その時はやっぱしモータドライバ使うかな。。。

 

マイクロ工作では神業的な作り込みをするdiorama111さん、

 ATtiny3217使った基板、やっぱりモータドライバ(DRV8835)使ってる。

 この作り込みもすごいですよね  これはこれでフリップチップ...

  マイコン、モータドライバの放熱パッドが空冷? ^^

 VQFNこれは4mm角でATtiny1614、3mm角より大きいけど

  パッド0.4mmピッチは同じ。

  線が細い。。。

 

 

さらに話がそれるけど、下の写真、diorama111さんの使ってるモータ、

 ブラシレスモータ・・・2相バイポーラスッテッピングモータ

    写真のシャフトが長いやつ・・・これ使いやすい

    小さい。Φ4タイプかなと思って聞いたら、

     Φ3.9mmとのこと。  細かい。。。

    でもって、そのシャフトが長いΦ3.9mmのネットで探しても

    見当たらないのでdiorama111さんにどこで売ってるのか聞いたら

    昔、Amazonで買ったとのこと。で、今はもう売ってないらしい。

 ★どなたか・・・

   その写真のようなΦ4辺りで軸の長い小さなモータ売ってるの見掛けたら

   教えてください。。。

 

 

 

次は動作確認です。。。

 

 

 

マイクロロボで悩みどころ スイッチ その2 (マイクロスライドスイッチの改造?)

マイクロ電子工作モノ スイッチで悩むところ、

 本体が小さいだけじゃなくて強度とか弱いこと多いのでしっかり掴むってのが

 できないことが多い。

そんな感じのとこでスイッチのオン、オフはけっこうやりづらい。

小さいスイッチのレバーを掴むってこと自体できんとか。

 

マイクロスライドスイッチ の類もよく使うのだけど

これがノーマルのままだと操作しづらい。

 カッチリとロックが掛かるタイプのこちらのモノ、

  すごく高品質です。

 およそ市販のスライドスイッチでは最小クラスかなと思うモノ。 

    アリエクスプレスで今はちょっと高くなって10個で70円くらい。

 

寸法はこんな感じ

 1個7円とは思えない精巧な作りです。

ほんと、とっても精巧にできてて高品質です。

 動画の中に分解した内部の様子あります。

 ロック構造もよくできてる・・・だけにこれが固い。(サイズの割に)

 スライド力は1N、100g重以上ある。

 

マイクロロボでそれは強力すぎるので、マイクロ工作では

 内部のロックバネを外して使ったりします。

 その分解、バネを外してのスイッチの動かしやすさはこんな感じで

 軽くなって柔らかいチューブ挿して動かせます。

 

 

マイクロロボで悩みどころ スイッチ (チューブスイッチとか)

いつもながらマイクロ工作で悩ましいのがスイッチ。

市販ものの、マイクロスイッチの類は自分の工作的にはサイズが大きい

 

 

Mouserアワードで優秀賞頂いたこちらのロボは

 上の写真の左から2番目のスイッチを頑張って付けた

指先で操作するにはちょいと小さい。

でもスイッチの信頼性は当然高い。

 

 

磁石スイッチもよく使う。 小さい。

接続ライン途中にハンダ付けしておくだけ

小さなネオジウムこの写真は1mm角長さ5mmタイプ

扱いやすさでは一番かもしれない。。。けど

これの残念なとこは信頼性、接触抵抗がよくないところ。

スイッチ切ったら・・・引き離したら十分な距離に、

癖で戻ってかないとこまで・・・にしておかないといつの間にかまた

スイッチが入る時がある。

長期OFFの時は適当に紙とか挟んでくっつけたり。

 

接触抵抗は1~2Ω程になることが多い。ニッケルメッキ?とかしてる

感じだけどくっつくとき触れて押しつくだけだと酸化被膜がちゃんと取れない。

くっつけてちょっとスリスリ擦り合わせると数十mΩになる。

金メッキした磁石があれば言うことないのだけど。

 

意外といける簡単スイッチ

何かと自由度が高くサイズも小さく収まるのがチューブピン接続

細いシリコンチューブなどにピンを挿しこむだけ。

市販のピンヘッダー&ソケットだと固いことが多くて指先でちょっと持って...とか

ラジオペンチでつまんで押すも力が必要でロボ側の工作ががっちりしてないと

壊しそうなくらいになりがちだけどこれはヌルっとスイッチのON,OFF。

でもって擦りながら接続なので酸化被膜が取れて数十mΩに簡単になる。

金メッキピン同士でやればわずかな挿抜力でも接触抵抗十分小さく言うことなし。

チューブスイッチ、こんな感じです

https://twitter.com/shinichi_nin/status/1790764068816695385

 

こんどはどんなスイッチにしよう。。。