ロボコン日記

本日は関西地区大会で旧作で出るという選択肢もあったが、時間のあるうちに新作を作ってしまおうということで加工作業を優先した。

- 切削&染色

■　設変内容
・シャフト：φ1.5軟鉄削り出し　→　M1ネジ（拾いもの）+樹脂磁石ホルダ+鉄スペーサ（市販）
・ベアリング：　　ラジコン用　→　オールミネベア（×8)

これにより足回り全部品CNC 2.5D加工で対応が可能となり、旋盤作業が不要になり、面倒な0.01mm単位のやすりによる研磨作業はいらなくなった。
ただしネジとベアリングの内側は面接触しないので徐々に削られて劣化することが懸念される。グリスをさしたいところだがハーフマウスでは経験上埃が侵入して逆効果になる。もっとも自分の初期のマウスは最初からネジをシャフトにしていてベアリングすらなかったのだが...

- クリームはんだ塗布
基板屋に頼むこともできたが厚さなどの仕様が不明だったのでメタルマスクは今回もCNCで自作
だが前回と比べてクリームはんだのノリが悪くなっていた。3か月経つとやはり劣化するようだ。

- チップマウンタで部品を実装

XY拘束があるだけで位置決めの震えがなくなり、実装が楽になった。

- リフロー（トースタ）
こちらも冬に調整したパラメータと初夏では外気のリファレンスがちがうせいかPIDを再度チューニングする必要があった。今回はQFPのブリッジがみられ、手修正する必要があった。その他テストプログラムを書き込んだ後も接触不良が少々、オシロで波形をみながら都度修正した。クリームはんだは新鮮なものを使うに限るということが判った。

結果、光センサ以外は動作確認を終えた。本当は今週一気に完成させたかったが時間切れ。

本職がソフト屋なのに、回路設計のリーダがまわってきたりといろいろ精神的に余裕がないのだが、まあメンバーが例によってほとんど大学時代からのロボコン関係者で自分よりはるかに優秀なのでなんとかなるでしょう。
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マウスは仕事で使えるか試したい部品も載せながら2次試作とクラシックの基板を設計２日/AW 1週間で発注。さて本題だが、プリント基板屋で格安系は深圳のElecrow,FusionPCBが有名だが、配線間隔0.15mm以下に対応していなかったりビアの大きさにも制限があったりで敬遠していた。その深圳系列で最近「PCBGOGO」という新たなメーカが台頭してきた。ここの場合、配線間隔も0.1mmまで対応、板厚も0.4mmまで選べるなどリジットに関してはほぼP板.comと同じでしかもフルで日本語対応しているようなのでモノは試しで利用してみた。



手順は仕様をフォームから選んでいくあたりはP板やJetPCB等と同じ、ただし独自のものとして支払いがガーバデータをアップロードしてデータの確認を先方が行ってからとなる。支払いはPaypal経由となる。価格は板厚、レジスト色変更、130mm×50mm程度の基板で送料込で約\6,700程度と一昔前流行ったPCBCartよりもさらに安い。

形式は一般的なRS－274Xであれば特に指定がなく、P板と同じ形式でも受けつけるようだ。ただ同じく日本語フル対応のJetPCBで日本語のまま送ったとき、表と裏が逆になるなどのトラブルがあったので、念のため説明は英語にしたほうがよさそうだ。

ただなぜか先方のソフトで確認したドリルデータに存在しないはずの穴が空いているなどトラブルが発生、こちらでいろいろなビューワで見ても再現せず、結局画像で指示して削除頂いた。勝手にデータを修正したりそのまま製造してしまう業者が多い中かなり親切なほうだろう。しかしなぜ穴が開いていたかは結局不明である。データNGと製造NGにより、ものは1.5weekぐらいで到着。


仕上がり状態

10枚中、なぜか2つだけ金メッキ仕上げで送られてきた。どうも検査でNGになって別のラインで仕上げたものらしい。レジストは青にしたが実際の色は■で青というより深緑に近い。

シルクがかなりずれているがその他、怪しい個所は全てテスターでチェックしたが問題無し。７年前ぐらいに発注したPCBCartと比較して大分品質は向上している。


こちらは本来のハンダメッキのロットである。シルクのずれは幾分ましになっている。


が、こちらは裏面のパターンがスルホールに対して0.1～0.2mmほど全てずれている。シルクのズレとちがいこのケースは最悪スルホールと近隣のパターンで短絡のおそれがあるため危険である。

このように製造ロットによりばらつきがあるというのは事前調査でわかっていたので、いつもは2～4枚しか注文しないところ今回は多めに10枚製造して、一番良いものをセレクトするという形になった。

というわけで仮に量産であればかなりリスクがありそうだが、趣味レベルならば、コストパフォーマンスと納期は良いので精査して良い状態のものを使えば問題はなさそうだ。

機械マニアには国際ロボット展やJIMTOFがおすすめだが、この機械要素技術展もかなり大規模なものであり、ビッグサイトの東エリア全てを使ってやるため1日では周りきれないほど多くのメーカが出展している。

情報系の人間だが、昔ロボコンをやっていた影響もありメカも好きなので楽しめる。
業務に使えそうなものの情報収集やよく使っている商社への挨拶がてら、マウス的にもおもしろそうなものも探す。

みんな大好き　Maxon Motor

Xシリーズはブラシレスもラインナップが増えてきた。ブラシレスは機械的摩耗がベアリング以外にはなく、駆動用のPWM生成が少し複雑であるが、ランサーやトレーサなど大きなロボットで無茶をするにはいいかもしれない。

ブースで見つけた役立ちそうなのがこの数式集。機械系から電気系までモータ周辺の基本的な理論が簡潔にまとめられている。教科書や論文だとこのアルファベット何を示しているのだろう？単位は何だろう？と探すことが多いが下に全てまとめられているのは見やすい。

サンコーインダストリー



ここの展示はかなり太っ腹？展示されているほとんどのネジのサンプルがお持ち帰りできる。マウス的にはアルマイト加工のカラーネジ、中空穴が開いた六角ボルト、M1の極小ネジとワッシャーは貴重だった。

ユニパルスのハンマーで思いっきり殴りつけても壊れないロードセル。よくぶつけて壊すことが多いセンサなのでこれはこれで面白い。


株式会社ロボテック（某大学のサークルではない）

パラレルリンクのダイレクトティーチングと2台協調を組み合わせた展示。ダイレクトティーチの完成度はかなり高い。一般的なロボットの共振周波数付近の動きをさせても変な発振はしなかった。片方で操作して倣い側がものにぶつかるとその感触（例えばゴムボール等）まで伝わってくる。遠隔でつなげば技術者が現場にいかずともオンラインでティーチングができたりと使い道は多くありそう。


この会社のユニサーボという製品はトルクセンサ内蔵のサーボモータでダイレクトティーチングをするにも単に重力補正などでトルクをゼロにするのではなく、バネ要素を加えてみたりだとか、好みに応じて触り感を変えることができるのでユニークである。これをセンサのない普通のサーボモータでやろうとするとけっこう難しいのである。

ACサーボモータ（産業用）が興味あるのだけれど、最近はモータの尻にコントローラを内蔵して、従来まで必要だった大きな外付ドライバが不要になり、簡単なシリアル通信で回せるということをうりにしているメーカを何社か見かけた。これは個人的に興味がある。産ロボの武骨なコントローラBoxが撤廃できれば省配線化も相まって少し工場もスマートにできるかも。また使う側もなんとなく面倒な周辺機器を用意する必要がなくなり、「とりあえず試してみるか」の閾が下がるのである。

...基板製造がNG連発のようだ。所謂、格安系なので0.125mmピッチとか条件が厳しすぎたか。

大分作ってから経過してしまったが今年度のハーフマウスの新作。


全長：42mm　幅:37mm 高さ:24mm 重量:11.2g (バッテリ込)
コンセプトはとにかく低慣性、自分にとっての新規事項は以下の通り。

- ハード
・全長を一般的なハーフマウスより短くし、そのために部品点数をぎりぎりまで削減
・タイヤを型どりシリコンで自作することで小径化。
（人肌ゲルは耐久性をあげるためのエチレングリコールとカーボンブラックの混合が困難とみて却下）
・光センサにΦ3素子を初採用。
・ファンモータは5Vに昇圧、昇圧回路は前作から更新。吸引力は弱め。
・アブソリュートエンコーダの採用（これは別の研究にからんで）
・初のリフローによる部品実装

-ソフト
・マイコンにRX631（48ピン）の採用（これも使いこなす必要がでてきた）
・指令値を角度からでも角加速度からでも同時に与えられる新しい制御系の構築。
・エンコーダの歪みをテーブル補正

などなど。

探索はできるようになった。
迷路が実家にないので壁は適当に置いた。


ソフト構成が大きく変わっているのでいろいろとバグが多い。最短は45と90を単体で軽く試してみたが1.0m/sぐらいが限界のようだ。まあモータが非力なのでいくら軽くしてもトルクが足りないのはわかりきったことであるが。

前作の翠嵐に負ける程度では今年度は勝負にならないので2次改造をする...と思ったが写真の通り電源周りの配線が無理矢理な感じになったのと、光センサの値が低すぎるなど不満がいろいろでてきたので、クラシックの基板と合わせて2次試作も基板から再設計することにした。

マウスに飽きて最近軸足が生産技術になってきている気がするが、勢いで作ってしまった。



参考事例
http://www.eurocircuits.com/ec-equipment-ec-placer/

市販品を買うとかなり高額だが、￥5000ほどで作成できる。リニアガイドをホームセンタの引き出しのスライダ等に変えればさらに低予算でも作成可能。バキュームは前の記事を参考にしていただきたい。右側がいい加減すぎるが、もしここに壁を作ってしまうと腕が疲れるのと、光を当てにくくなるのでこのようにしている。

他、ノズルの隣にマイクロスコープを付けるなどが海外の動画では見られるが、この大きさだと邪魔になるので付けていない。

順番的にハーフマウスのリフローをする前にこちらを作れという声が聞こえそうだが、そのうちにまたなにか作ることになるでしょう。自動化は気が向けば。（今のところする予定無し）一応手元にパイプスライダとステッピングモータはある。アルミフレーム加工とベルト&プーリの入手先も一応は目途をつけている。

京都の夕景はいつ来ても美しい。
最近はマイナーな場所ばかり行っているがたまには一番メジャーな場所も悪くは無い。

八坂の塔と夕日
春～夏はこの三寧坂手前のわき道から撮るとちょうど夕日が塔の横に沈む。ただしこの季節は太陽のシルエットをとらえるのは雲に邪魔されて難しい。


高台寺公園からの夕日
つつじとの対比で撮って見た。秋から冬はこの左に八坂の塔があり、夕日がすぐ隣に沈むので秋から冬はこちらのほうが良いらしい。ただ作者はその時期にここにきたことがない。

一泊して京都でも屈指の新緑の美しいスポットと言われる瑠璃光院へ

瑠璃光院門
瑠璃光院は京都の東の端、大原地区の入口八瀬というところにある小さな寺院。特に歴史的に有名な事件は起きていないが、床緑で有名な実相院と同じような写しもみじが見られるところで、春と秋の短い期間しか拝観を受け付けていないこともあり、レア度も高く人気も高い。

3日は世間も休みなので混むと予想し、開門より1時間早く到着した。既に15人ほど並んでいた。そして開門時間には70人ほど列を作った。紅葉のときは入場制限もかかり、叡山電鉄の駅まで列が伸びるらしい。


瑠璃光院　新緑1


瑠璃光院　新緑2


瑠璃光院　新緑3

現実世界とは思えないほど神秘的な雰囲気である。ネタバレになってしまうが、反射しているのは床ではなく机の上のビニールシートである。さらに気分を崩壊させてしまうことになるが

一見、静かで誰もいないように見えるが現実はこんなことになっている。だいたいの名所はカメラのファインダーで切り取られた幻想で、そんなものである。

そして拝観料は￥2000(含　付属美術館入場件、写経、特性ペン）と京都の中でも苔寺の次ぐらいに高く、いつでも手軽にとはいかないが、とても美しい場所であることにはまちがいない。

生きている間に国内の世界遺産は全て周ろうと思っている。
以前から見たいと思っていた姫路城に行ってきた。

姫路城1
白鷺城、たしかに白い。この日は快晴で特に映える。本当は屋根がカビる前2014年頃にいくべきだったかもしれない。GWだが、早朝で人もまばらであった。


姫路城の多言語対応
驚いたのがパンフレットが19か国語対応。普通は用意されていても英語・フランス語・中国語・韓国語ぐらいである。世界遺産という肩書があると多く訪れるのだろう。現存する城は江戸時代初期のもので、同年代に築城された戦前の名古屋城がもし焼夷弾に焼かれずに残っていれば今頃同じ結果になっていたかもしれない。この城に落ちたやつは不発弾で運がよかったのである。


姫路城下から
角の溝みたいなものはあそこから石を落として登ってくる敵を払い落すものらしい。


内部はシンプル。パイロンはもっと工夫できなかったのか。犬山城を大きくしたような構造で階段が非常に急なことも似ている。


姫路城からの眺め
姫路駅方向の眺め。小豆島とかも見える。

歴代しゃちほこ。金色ではない。崩れかかっているが明治のほうが造形は凝っている。昭和と平成はほぼ同じで、おそらく機械加工品。時代が進むと芸術品は造形が単純になる傾向があるのはなぜか。

播磨ラーメンを食べて大阪まで新快速で戻る。

日本橋でんでんタウンで時間をつぶす。こちらも人はまばら。

・なにわネジでハーフ用のM1.2ネジを買う。以前はM2以下は特注扱いで店頭になかった気がしたが、久しぶりにきたら置いてあった。かなり安い。
・デジットにギヤヘッド付のMaxonモータがジャンク扱いで転がっていた。エンコーダが付いていれば自作工作機械用に買ったかもしれない。マウスには大きいが学生ロボコン等には良さそうだ。

時間を調整して京阪で京都へ向かう。

チップマウンターでなかなか難しいのがバキュームピックをどうするかである。もちろんその用途向け製品もあるが高価なので、怪しい外国人の動画を参考にしながら考えたのが以下の方法。

まず、観賞魚の水槽用のエアーポンプを入手する。これであれば1000円～2000円程度で購入できる。

ただしこのタイプのエアポンプは水槽への酸素の供給を前提としているので、ほとんどが吐き出し動作のものである。よってこれを吸引に逆転させるための改造が必要になる。分解すると以下のようになっている。

赤いのがコイル、その下の黒い2つの円盤がゴムでできたポンプである。
仕組みは単純で赤いコイルにAC100Vが流れると磁界NSが周波数で交互に変化し、ポンプの金具の先についた永久磁石が誘引と反発を繰り返して振動することでポンプが駆動される。

ゴムパッキンをはがすとダイアフラムポンプが現れる。内部は弁付きで2つの部屋に分かれている。写真の白い円盤を180度反転すると吸引と排出が入れ替わるというわけである。この製品は突起がついていて単純には180度回して固定できなかったので、対面のユニットと入れ替えて無理矢理対応させた。作業が終わったらケースを元に戻す。

次にチューブを接続する。東急ハンズでなぜか大昔に購入したぴったりのシリコンチューブが落ちていたので接続。注射針との接続は普通はシリンジを使うのだが、これも一回り径の小さいシリコンチューブが偶然注射針にフィットしたので省略した。

電源を入れてとりあえずハンディーピックアップツールとして使ってみた。マニュアル式のものとちがって時間が経つと空気が抜けて部品が落ちるなんてこともなく、いい感じ。
ON/OFFはチューブをつまんで流路を塞げばいい。


マイコンなどの大きいパッケージは注射器では無理なのでノズルをCNCで自作することもできる。

後はCNCに変換アダプタでマウントすれば自動化もできるが、LMガイドを使えばマニュアルチップマウンターも比較的容易にできそう。個人的に後者のほうが兼用の面倒がなくなるのでいいかと思っている。中には個人でサーボモータとベルトを組んでカメラによるズレ補正までやって自動化している方もいて、自分でもモノさえ手に入ればできなくはないと思ったがそれをやり出すとマイクロマウスが完成しなくなるので、マニュアルで止めておこうと思っている。

中部支部に去年の学生チャンピオンの方が入る。ソフトの完成度の高いマシンを製作されているので今後の活躍に期待大である。気がつくと会員がほとんどD社の人ばかりなのだが...

私は学生時代インターンシップで行ったことはあり、当時はおもしろそうな会社とは思ったが、大きすぎて希望の職場にいけない不安と、そもそも自分の興味のある分野（工作機械・ロボット系）とちがうと感じた（10年前なので今はどうかは知らない）ので就活時は受けなった。

さて、APECのコースを再現して頂く。

パラメータは真ん中ぐらいだが、滑りやすかったので最高速度は3m/s以下。コースは例年より難しい。動画を見ると大会では3人しかオートスタートを成功させていないようだ。
動画に音楽やモザイクがある理由はお察しください。

このマウスはそこそこ速いが、ハーフ兼用のなりそこないでハードの出来が中途半端なので今年度は出すかどうか決まっていない。

修正版の基板が到着したので早速リフロー。ただしこの前に何個か余分な基板で実験している。

①まずクリームはんだを印刷する。
ネットで多く紹介されているのは同じ薄さの基板で周囲を囲う方法だが、自分の場合基板形状が複雑でそれが困難なので下記のようにMDFにCNCで固定用の溝を掘った。


②メタルマスクの穴を慎重に合わせて一辺をセロテープで固定する。クリームはんだはサンハヤトのSMX-H05を用いた。


③上記クリームはんだを取り出し、柔らかめのヘラで1回目は45deg程度の傾きにしてさっと塗る。2回目は75～90degでメタルマスク上に残ったクリームはんだを除去する。このストローク作業はなるべくこの2回で済ませる。何度もやるとマスクがずれて、クリームはんだが穴の下で広がって特にQFP等ではブリッジしやすくなる。最初に気持ち多いかなという程度取り出すといい。どうせ1年持たないのだから出し惜しみする必要はない。


④メタルマスクを外してクリームはんだがパッドにうまく載ったか確認。今思えば少なかったかもしれない。もし失敗していればふき取って再度印刷をやり直す。


⑤部品をバキュームピックやピンセットで載せていく。手載せリフローでは実はこの工程が地味に難関である。普通の手付けであればスライドしてパッドに載せられるが、リフローでは上から落とさなければならない。特にQFPなど狭ピッチで足の多い部品をストンと落とすのは至難の業である。自分は何度か練習し、バキュームピックが約10s経つと吸引が抜けて自然に落ちるという法則を見つけて、ほぼ誤差なく落とせた。さらに厄介なことに時間が経つとクリームはんだの粘着力がなくなって固定が困難になっていくので手早く行う必要もある。ただしチップ部品の多少のズレはリフロー時にはんだの表面張力で補正されるはずなので許しても問題ない。

後、うっかり袖とかが当たって部品がずれることがあったので、着こんでいる冬場などはそれも注意。

⑥オーブンに入れてリフローする。熱電対はこのように同じダミー基板に耐熱テープでくくりつけるのがいい。テスト段階でオーブン内の空間に熱電対をぶら下げた状態で運転し、非接触温度計で基板の温度を計測すると、基板の方が熱電対の温度より30～50℃ほど高くなっていた。また、0.6mmの基板は急速に加熱すると端面と中央に温度差が生じて反りやすくなるのでそれも注意したほうがいいようだ。温度プロファイルは以前の記事から変えていない。


⑦リフロー完了。
コンデンサが2箇所立っている。最後の方につけたものなので両端が均一に接着していなかったようだ。QFPなど狭ピッチの部品もブリッジすることなく比較的きれいに仕上がった。


一応電源ユニットのみ通電して正常に動作することは確認した。QFNとLGNはまだ確認していない。

まとめ
リフローを今回初めて試した。手付けと比べて楽になるかというと必ずしもそうではなく、部品を載せるのが非常に大変だということがわかった。ただマスターすればBGAなどはんだごてが接触できない部品も使えるようになるのでよりマウスを小型化、高密度化ができる。将来的にはチップマウンターを自作するか、会社サークルで買うかレンタルできないかどうかを考える必要がある。ただ趣味で使うにはまだ高価なので、時代がまだ追いついていないようだ。普通の人なら基板屋に実装を依頼したほうが費用対効果は高いと考えるはずである。