ロボコン日記

マイクロマウス関西地区大会は京大出身者のレベルが高く、無印（ハーフ）はいまだ優勝したことがないので挑戦してもよかったが日程発表前から計画された旅に出る。中部から直行便が出るようになって2.15h ≒ （近鉄アーバンライナーの名古屋-難波所要時間）で上陸。

砂山ビーチ

特に変わったところはないがインスタ映えするらしい。　本当は夕日の美しいスポット。

伊良部大橋

全長3,540m 　金をとられそうだが通行料無料。尚、2015年開通と新しいため多くの島の案内ポスターや現地レンタカーのカーナビにまだ載っていない（代わりに手有力したと思われる番号リストが配布された）そのため伊良部島から宮古島の目的地を指定するとフェリー乗り場へ行こうとする。

イムギャーマリンガーデン

現地の方言で　イム = 海 ギャー = 湧き水　海底から真水が湧いているという場所。そのため多くの熱帯魚が生息し、かつ入江になっていて波が穏やかなのでシュノーケル初心者にはいいらしい。

上記場所の外海（東シナ海）


与那覇前浜ビーチ


ソースは不明だが来間大橋の手間にある東洋一美しいと言われるビーチ。たしかにこれほどの遠浅の海岸と水色の美しいグラデーションはハワイやグアムでもあまりみかけない。そして砂浜の砂の粒子がとにかく細かく、貝や流木なども一切落ちていない。これは地形的に来間島で遮られて波で不純物が流されてこないからのようだ。

潜った海

沖縄の海に初めて潜ったが全般的に透明度が高く、海水温が高く感じた。

シギラビーチ



ホテルの近くの海。魚が多くいるサンゴ礁のあるあたりは足がつかない。写真のように水の透明度は非常に高い。クマノミやウミガメもいる。（因みにこの海中写真はGoPro6である）

新城海岸(写真無し）
（しんしろ）でなく（あらぐすく）と読む。本来は近くの吉野海岸にする予定だったが、台風の土砂崩れで道が塞がれて閉鎖になっていた。そのためか、自分と同じような人でかなり混んでいた。引き潮だった可能性もあるがシギラビーチより水深は浅く、ほとんど足が着く。実はあまりにも水深が浅いと岩にぶつかりやすく、下から砂も巻き上げられるのでコンディションは良くない。それでも多くの魚を見ることができた。

番外

台風が来ると停電するので島から電池がなくなるらしい。帰りが後一日ずれたら死亡確定だった。
一応、島内にイオンやドンキホーテもある。スタバは無い。


宮古島は国際線の乗り入れもなく、あまり観光地化されていない。信号や看板も少なく、ビーチへも舗装されていない道を通らなければならないところもある。ただそのありのままの自然を楽しめるというところが魅力である。ただし海岸沿いはバブル期を思わせる大規模リゾート建設現場がいろいろなところで見られた。またあの方々は大陸からフェリーで数千人規模で押し寄せるようになっているらしい。もしかしたら数年先にはハワイや沖縄本島と同じような造られた観光地になってしまうかもしれない。行くなら今のうちをお勧めする。

今年はアップデートが無いのと現行の機体も既に結果は十分に残しているのでこれ以上求めるものがない。
やはり新作で出たいものである。新作は作るものの自分の中の基準(適当な調整でクラシックは2m/s ハーフは1m/s以上でターンできる気配が感じられること)を満たすものが作れず、あまり大会参加のモチベーションが上がらない。不思議なことにメカの剛性と精度を求めれば求めるほど悪くなるという...

関西地区大会	7/8	×	-
金沢草の根大会	7/15	×	電車でいけない
東日本地区大会	9/1	△	新作次第
台湾大会	9/16	○	招待
北陸信越地区大会	9/23	×	遠い
東北地区大会	10/7	△	新作次第
九州地区大会	10/21	×	遠い
中部地区大会	10/28	○	-
全日本大会	12/2	△	新作次第
中国大陸大会/チリ大会/モンゴル大会	?/?	×	本当に開催？

クラシックは最初の大会で2012年から続く地区大会20連勝がかかるが、今年から入門者向け競技になったので私が今後出るべき競技ではないかもしれない。

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閑話休題



仕事のことは年一回、目標設定などを書くのだが私自身社内で居場所を探すのに苦労している。というのも社会人で9年間異動を繰り返してほぼ学生時代の専攻や研究は関係なく、ロボットに対するメカ・ハード・ソフトはほぼ全て独学でやってきた自分にとって30も後半にさしかかろうというのにモノづくりの感覚以外に人前で発表できる程度の確固たる技術を持っていない。学問は広く浅くということがよく言われるが浅すぎて人より優れた分野がないのもまた問題ではある。

職場が変わって環境はフロンティア精神にあふれていてスペースも有り余っているので、実験机や道具など不足品に関しては買えば済む問題。不満を言うなら駐車場の位置が最悪な点。遠いだけならまだいいが、細い道を進んだ住宅地の真ん中にあり、この2週間で3度ぐらいヒヤリハット(自転車、止まれで止まっても住宅の塀で交差点が見えず車にぶつりそうになる等）をやった。近隣住民も通勤時に人や車がせわしなくいきかうのは迷惑だろうし、そもそも自動車関連企業のくせにこんな危険な場所に関係者向け駐車場を作るのは事故を助長するようなもので非常に遺憾である。あと極めつけは車高が低い車に乗っていると一部の駐車場は出るときに必ず下部を擦るような急坂が存在するということである。

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趣味ではようやくマウスに戻る。今年は自分の中では成績より開発ツールの刷新がテーマになりつつある。

Fusion360でアセンブリをちまちまと作ってジョイントで結合。
親が写真とまちがえるぐらいレタリングの性能も高い。


パーツそれぞれにそのままCAMでパスを作れるので以前のようにJwwで深さごとに切削パスを手動で書いてNCVCでわけて出力する手間もなく、パラメータをいくつか設定（ただしここは何が必要で何が不要か慣れるまで理解に時間がかかる）すればほぼ下記のように全自動で生成してくれる。

切削のシミュレーションと干渉チェックも行うことができるので高さ間違い、加工し忘れなどのポカミスも防げる。ここまで出来てとてもアカデミックと個人利用ならフリーというソフトとは思えない。

ただ注意点はGコードが円弧もR指令ではなく、多くがほぼ細かい点間移動で生成されるのでTurboCNCなどの位置・速度補間機能がない制御ソフトで実行するとミルがスムーズに動かずにカクカクして切削が遅くなってしまうだけでなく、送りネジ駆動モータに負荷がかかってしまうことになるのでそのようなソフトを使っている場合はできることがかなり制限される。




CNCフライスのX4-800Lは購入ほぼ1か月間調整に時間をかけたが、リニアガイドやボールねじへのミシン油（メーカによるとメンテはこれが推奨らしい）の注入で変な引っ掛かりを解消、テーブルの平面出し、バックラッシュの再計測、スピンドル固定ユニットのネジへのシム挿入による傾き補正などで、仕上がりに関してはPOMは10mm以下の円で切り込み0.5mm F1000で切削してもばらつき±0.01mmまで精度を向上させた。そのため、ベアリングの圧入のはめ合い公差なども寸法通り制御できる目途もたった。

あとやることは
カバーのアルミ板を交換。(共振音がうるさい)
ステッピングモータと筐体の接合部を樹脂からアルミブロックに交換(精度向上と放熱対策)
ステッピングモータをclosedloop制御品に交換(want:脱調の恒久対策)

6月から新しい職場なのだが、
指定駐車場から職場まで歩く距離 ≒ 電車通勤にした場合の歩く距離
という残念な結果がでた。猛暑日とかは朝6時ぐらいに出社しよう...

であいかわらずCNC(X4-800L)調整。

このCNC Y方向は意外と平面は出ているのだがX方向は3枚のアルミプロファイル板を並べてネジ固定している構造なので最大0.8mmほど山谷があり、そのままでは使い物にならない。捨て板（面出し）+両面テープでも完全に吸収できない。というわけでもう少しまともな板を用意した。

まな板（ポリエチレン）に固定用穴をあけ、ダイヤルゲージで一番値が低い場所を基準に表面を0.2mm削った。少し切削を速くしすぎたか加工後半で切りくずの溶着が少し発生した。それでもばらつきは0.05mm以下にはなった。もう少し遅く削ればもっとよくなったかもしれない。


ついでに切削限界と早送りをどこまで上げられるかをテスト。樹脂(POMやポリエチレン）ならF1000 8000rpm z=0.3でも削れる。あまりモータの回転数を上げすぎると熱で溶けるので回転数は遅くしている。

早送りはF3000でもGコードによっては動くが、激しい動きを連続でさせると脱調してしまうことが判った。どうもステッピングモータの温度が高くなりすぎて、台形加速の肩の部分でトルクが足りなくなるようだ。ボールねじ&リニアガイドモデルでこの程度でくたばるとはいかがなものかと思うが...　モータの表面温度は面出し程度の簡単な動きでも50℃以上になる。

ACサーボは専門知識が必要で、私のような機械音痴がこのCNCに適応するのは危ない（パラメータを間違えたときにメカを破壊する）それよりもクローズドループの良いステッパーがあったら置き換えたい。とはいっても商売をするわけでもなく妥協できる。F1000で安定しているのでとりあえずこれで運用することにする。


おそらく2019年度に運用開始となるハーフマウス。

JwwからFusion360に移行。CNCと制御ソフトを変えてFusionのCAMを制約なく使用可能になったので、モデリングと切削パス作成を1つのソフトで行うことができてこちらのほうが便利と判断した。

コンセントをつないで電源OFFで本体に触るとビリビリくるので漏電している&配線のシールドが皆無ということでEMIの観点ではまずそうな中華CNCだがここまで大きな問題はない。ということで実務をやらせてみる。

ハーフマウス用ホイールを切削

CAD & CAMもJww+NCVCから少しずつFusion360に移行。
・Z軸がデフォルトでは高さ方向でない
・設定できる項目がかなり多く、用語も一般人にはわかりにくい。
などはあるがシミュレーションもできるし、何度かトライ&エラーすればどこを設定すればいいか判ってくるので慣れの問題だと思う。


Z軸の原点出しのためにスクリュー式チャックだとエンドミルを材料に当てて芋ネジを締めればほぼ完了だが、コレット式は同じことをやろうとするとずれるのでオートセッターを利用することにした。

X4-800Lは標準で写真右下の台座のようなものがついてくるが、大きくて使いにくい上にノギスで測ると場所によって高さに0.1mmぐらい差が出ていたので小型のもの（赤丸のもの）を自作した。モノ自体はエンドミル側と接触すると通電してコントローラ側のI/OにHighが入るという単純なもの。



BLACKⅡの3倍速以上で削ったが精度はほぼ同じくらいは出せた。

配線も終わり、パソコンにMach3をインストールする。中華CNCはマニュアルが無いことも多いようだが、この機種は英語であるがわかりやすいマニュアルが付属しており、マニュアル通りやれば一応jog動作するところまではいける。ちなみにMach3はX4-800Lを購入するとライセンス品が付属し、機体固有の設定ファイルも全て含まれている。

ここで最初のトラブル発生。

各軸Jog動作は動くが、原点復帰やGコードで動かすと全軸とも盛大にステッパーが脱調する。最初例のリニアガイドもあって過負荷なのかと思ってパラメータを下げてみたがそれでも改善しない。JogはOKなのにGコードは駄目ということで両者のちがいは何かと考えて、後者は1タイム指令でUSB通信とコントローラ内の信号処理用FPGAとの同期がとれずリアルタイム性が欠落してステッパーへのパルス指令がとびとびになったりしているのではないかと推測した。

Windowsというのは元来このリアルタイム処理に対する精度が低いOSである。（むしろ無いに等しい）Mach3以外のソフトがバックで動いていて割り込んでバグるという事例を多く見かけたので全てアンインストール、サービスもほとんど停止にしてみた。だが残念ながら解決しなかった。

そこでPCを変えてみた。最初のPCはSingleCoreのモバイル用ノートPCで1GHzとMach3が動く最低条件であったがこれをCore2DuoのノートPCにかえてみたところ、脱調は発生しなくなった。サポートにも問い合わせたところ、やはりUSBは通信がシビアで一部家庭用PCでは動かないという事例が多いらしく、できれば最近5年ぐらいのPCを推奨するとのことだった。

Mach3もかなり古いソフトだが、DOSのTurboCNCよりは新しくwindowsで動くのでデータの受け渡しも楽である。わかりにくいのはTabを押さないとJogモードの速度設定が変えられないということだろうか。

で切削前にいろいろ計測　（動画参照）




おおむね精度はBLACKⅡと同じか少し上回っているように思える。ただ超低速域のステッパーの動きがカリカリいってあまりスムーズでない。まあ仕様がF300以上からになっているので文句は言わないが..

またスピンドルは2500rpm以下ではまともに回らない。ということはセンサレスベクトル制御だろう。
このサーボがどの方式かは不明だがセンサレスは一般的には3相のゼロクロスと電流の位相からロータ位置を検出するので何も対策しないとあまりにも回転が遅いとこれが正確にできなくなる。


本題のBLACKⅡではかなり厳しいA2017も切削。セミドライ環境
φ2超硬　送り:F600 Z:0.15　スピンドル:16000rpm
BLACKⅡでは部屋中に響き渡るようなビビり音もなく、まるでPOMのように静かに削れる様は感動した。
バリもほとんどない。

BLACKⅡも速度を落とせば樹脂に関しては精度は出るので捨てるのではなく会社寮行き。ただし防音対策は必要かな。

物欲の方向が最近怪しい。
前々回で買うべきでないと言っておきながら中華CNCの実力がどんなものか気になって眠れなかったので、使えなければヤフオクで売るか分解して部品を中部地区大会の景品にすればいいやと思って買ってしまった。

機種はomiocncのX4-800L-USBというもの構造は一般的な3軸の門型CNC。
4/28出荷、わざわざ貨物機の時間も調べてFedexといろいろ交渉して通常5/7到着のところ 5/2到着というdigi-key並みの早さにしてもらえた。

ただ梱包は段ボール1つだが中国らしく例によってテープぐるぐる巻き（分別が死ぬほど大変）中は適当に四角の発砲スチロールが入っているだけ。機体の包装やケーブル、端子類の固定も無し。そして最初自分の体重より重い機体を一人で運ぼうとして軽くぎっくり腰をやった（あきらめて父親に手伝ってもらった）


特徴
・送りは全軸1605転造ボールスクリュー（メーカは不明だがおそらく汎用レベル)
・全軸リニアガイドのようなもの（なぜこんな書き方かは後述）
・スピンドルは800W（BLACKⅡ比約87倍！)空冷式モータ+ER11コレットチャック
・加工面積270mm×390mm
・コントローラは別体でUSB接続可能（ソフトはMach3)
・リモコン操作可能

サイズ感


スピンドルモータは3相ブラシレス


構造


通常は水冷だがオプションで空冷4べアリング式を選択。説明はないがおそらくアンギュラベアリングで芯ブレ改善のほか、アキシアル荷重に対する耐性も強いとみた。左写真のようにファンがついており、風が胴体わきの溝を通ってモータ自身と切削材料を冷やす仕組みになっている。回転数を16000rpm程度まで上げれば樹脂の切り子を吹き飛ばす程度の風は起きる。一応端子をテスタで調べてほぼUVW端子間抵抗が等価で欠損がないことを確認。ちなみに4端子目はシールドかと思ったらケーブル側は何もつながっていない...　この出力で輻射ノイズ大丈夫なのだろうか？

モータコントローラを見ると中を開けたくなるのは職業病

安物の中華ＣＮＣにみられる配線ぐちゃぐちゃ、生基板といったものではなく非常にきれいに配置されている。

・右上はAC/DCコンバータ　唐突に110Vとマジックで書いてあるが100V対応ラベルを確認
・黒い3連はステッピングモータドライバ（ＹＯＣ５５６というもので下位モデルより上のものが搭載されている）
　DIPスイッチの設定が仕様と合っていることも確認。
・白い箱はスピンドルのサーボアンプ。
　メーカサイトではディスコンなのか紹介がないが、頭文字ちがいの同じ形の機種ではPIDベクトル制御搭載と書いてあったのでそこそこの回転数維持と持続的なトルクは期待はできるかも。RS485端子も確認できたのでこの類は専用制御ソフトを使ってサーボログなどもとれるのかもしれない。

コネクタも触ってみて特に断線や抜けの問題はなかったが、1箇所電源の端子台のネジが緩んでいて配線が外れかけだったので締め直した。

懸念だった剛性の問題も機体を押してみてさほど問題はなさそうだ。
ただし残念なところ

ロゴがはられているX軸のカバー固定用のネジ

半分意味をなしていない。カバーは薄くて手で押すとパコパコする。切削精度には無関係だが、X軸がある地点に達すると共振点になるようで非常にうるさい。カバーは木製か樹脂製を自作して交換するか...

HIWINならぬHYNWのリニアガイド。

HIWINならもう少しまともなものを作るはず。レール表面が粗く滑りが悪い。特にY軸は動かすとコンクリートブロックを引きずっているかのごとくゴリゴリ鳴る。寿命は短いかも。いろいろ調査したがこれは盲点だった。ダメそうなら日本製に交換しよう。ただそれでもリニアブッシュタイプよりは剛性と直進精度があることは確か。

次回は動かすところをレポートする。

先日の記事で、「じゃあお前の8年もののBLACKⅡの精度はどうなんだ」となるのであれこれ調整する。本業でも似たような事例はあるけれどあれはそもそものメカとハードの考え方を見直さないとどうしようもないような....

■バックラッシュ
ちゃんとバックラッシュを測定したことがなかったのでダイヤルゲージで測定。写真の状態でXやスピンドルの場所を変えてYを0.1mmほど前後させて差分を見る。


自分の調整結果: X軸:0.02mm Y軸0.01mm　Ｚ軸0.02mm

C7級のボールねじでバックラッシュ基準は0.03mmなのでＭネジ+ダブルナットにしては良い方ではないだろうか。ただしかなり強くナットを締め付けているので当然メーカ推奨ぐらいまで送り速度を上げるとステッパーが脱調する。またグリスをネジにこまめにつけないとダメージが大きい。バックラッシュはソフトで調整できそうだが使っているTurboCNCの補正機能はかえって悪化する方向にいくのでソフト側の補正は行っていない。

バックラッシュをゼロにするのは等級C5以上の与圧をかけた精密ボールねじを用いる必要があるが、それこそ1本でCNCが1台買えるような値段になる。C7だと中国のメーカで端面加工まで￥10000以下でやってくれるところもあるのでネジを置きかえることも有効かもしれないが、本当にC7級になるのだろうか？

■エンドミルの垂直度と先端のぶれ
同様にダイヤルゲージをエンドミルにあてて、手動で回転させる。

針の振れは根元で±0.01mm 先端で±0.015mm程度であった。

つまり単純にはエンドミル径+ブレ量の溝で削られることになる。精度の高いコレットチャックにすれば半分ぐらいにはなるだろうか？その場合シャフトを自作することになる。
またZ軸のフルストローク48mmでスピンドルユニットのゲージをあてて計測すると変位量は0.1mmであった。垂直からずれている角度は0.033degぐらいである。すこやのようなものをあてても誤差はわからない。スピンドル固定用ネジを少し緩めて、金づちで軽くコンコンとつついて針が0.05mm以下になるレベルまではできた。

ｔ1アクリルφ15の円を切削。
(エンドミルφ1 F100,　z = 0.1mmヘリカル)

某所のフル装備kitmill　RDでも0.04mmの誤差だったから、普通のMネジ、スピンドル芋ネジ締結のblackⅡにしては健闘しているほうだとは思う。ただし向こうはF値は6倍ぐらい。

m0.3のピニオンやスパーはちゃんと調整しないと作れない。


BLACKⅡ　（今だとkitmillシリーズ）はこのように自分で精度を調整できるところが製品として良い点である。（逆にいい加減に作ると精度が出ないわけだが...）

電気情報系の人間であるが、基本的にDIYや工作機械は好きである。
さて、今のオリジナルマインドのBLACKⅡは8年以上使っているがスピンドルモータが10W以下で非力なのでアルミなどを削ると時間がかかるし精度が落ちる。ということで、近年流行ってきている出力が数十倍の卓上中華CNCを調べてみた。旋盤のかわりにもなる4軸があるものを検討してみた。最初に断わっておくがこれは自分が思ったことであり、実際に中華CNCを使ってみたことはないのであくまでオリジナルマインドCNCユーザの視点でみた参考程度ということで見てほしい。

第一候補　OMIOCNC　X4-800L

中国産DIY用CNCの先駆けと思われる。このモデルは3軸全てボールねじとリニアガイドを採用している。また、スピンドルは800Wのブラシレスモータ+ER11コレットを使用していてPCとUSBで接続できるなどスペック的には死角はない。お値段は直販のみで￥210,000前後+送料

販売企業自体も最近ISO9001も獲得しているようなので、それが遵守されているのであれば不具合を改善していく品質管理体制なるものは存在しているはずである。（ただしこの認証があるからといって不良がないことを保障するものではない）

3040 （上記の多数クローン品）

Aliexpressなどで良く見るタイプ。モータはDCブラシモータ500Wが主流。4軸もあり、一部ボールねじまでは採用しているところもある。お値段は￥90,000～￥130,000前後

国産だとこれらの同等性能の対抗馬はオリジナルマインドのkitmillのRZ300/420となる。

これ以外にサイズの大きな6040や20万円～クラスになると据え置き型もあるが置く場所がないのと一般家庭で扱うにはモータの出力が強すぎて事故が発生したときに悲惨なことになるので検討から外した。また5万円以下の組立てキット類はあきらかに今のBLACKⅡより性能も精度も低いのは間違いないので同じく検討から外した。

ただいろいろ調べた結果、お約束というか不具合が多いらしい。
「CNC名　Problem」で検索するといろいろと見つかる
まずはリンクの動画を見ていただきたい。

ハードの問題点がよくわかる動画

動画は特に悪い個体にあたってしまった一例で、まともに切削できている人もいるようだが
自分がまずいと判断したのは以下3点である。

1.剛性が弱くて精度が出なさそう
基本的に中華の門型CNCはモータの出力に対してフレーム剛性が貧弱すぎてガタが大きいように思われる。特に他の動画も見て構造を分析したが、Z軸のモータマウントのつくりがまずいらしく、スピンドルが振動してしまって精度がでないと推測できる。このあたりオリジナルマインドの製品は良く考えられていて上位機種はダイカスト、下位機種でも曲げ加工、接合部は多数のネジを使用するなどで最下位機種のBLACKⅡでも触ってみてカタカタするような部分はなく、剛性が高いことは実感できる。

2.各軸の垂直度が悪そう
きっちりと設定どおりの距離を動かないという人が多く、出荷時（基本的に中華CNCはモータ以外は組みつけられた状態で配送される）に各軸の垂直度の精度がきちんと調整されていないと思われる。X4-800Lはリニアガイドで調整できそうだが、リニアブッシュタイプの他の機種は構造的に調整不可能な気がする。

3.一部ユーザでステッパーの脱調が頻発する
いろいろなブログや動画からどのコントローラも同じメーカのステッピングモータのコントローラを使っていてそのインピーダンスコントロールが甘いようで、スピンドルモータの雑音を拾ってしまうようだ。おそらくオリジナルは小さなモータで雑音が気にならなかったのに、よく回路も検討せずにモータだけどんどんパワーアップしていって雑音が顕著になる個体がでてきていると思われる。これは他社のコントローラを買って換装するか、機能自体はマイクロマウスに毛が生えた程度のレベルなので自分で作ってしまってもいいかとは思う。ちなみにX4-800Lのみ最新型のデジタルコントローラなるものを使っているようだ。

あまりお金の話をするのもアレだがロボ系の家計簿をまとめていて気になったので

厳密にはロボットコンテストであっても年間獲得賞金の総額が50万円を超えると一時所得となり課税対象になってしまうらしいので、相撲ロボットやROBO-ONEなど元から賞金の高い競技や複数の競技に出て上位に入る可能性のある方は注意が必要である。

仮にマイクロマウスの場合、まず不可能に近いと思うが全日本大会で全ての競技で優勝しなにかプラスで受賞すると条件を満たす。また台湾大会やAPEC大会等、海外の大会で賞金が出た場合も要注意である。この場合、機体の製作費、または交通費などで控除を受けて50万円を下回れば課税されないこともある。

自分の昨年度の遠征関係の諸経費

去年の4地区大会（九州、東北、中部、東日本） + 全日本
￥202,825
台湾 + APEC （派遣費含まず）
￥166,412

数値化するとかなり出費が大きい。この中には観光なども含まれているので
それを削減すればもう少し減るわけだが自分の場合、旅自体も趣味なのでロボットだけでなくついでに付近の名所に寄って行こうという考えがある。