ロボコン日記

実質2017年モデルの3次作
赤い彗星Ⅱ


走行の様子

前試作が散々スピンすることに悩んできたがどうもタイヤの接地ではなく、新規採用しようとしたジャイロのICM20602が振動に弱くて瞬間的にフリーズしたり間違った値を出したりするということが原因だと明らかになりつつある。（何人かが立てていたのはそのせいか？）MPU6000に戻すと何事もなかったかのようにうまく走った。


他のポイントは
1. 軽量化　
15gを切る。12g台にもできなくなかったが、過度な骨抜きや小型化は速く走るためにはかえって逆効果となる。

2.イナーシャ低減
全体を旋回中心に寄せる工夫をした。

3.昇圧廃止
旧：3.7V→DC/DC5V昇圧（ファン駆動）→3.3V(LDO)
新：3.7V→DC/DC3.3V（昇降圧）とした。ファンの駆動は3.7Vとパワーダウンになるわけだがファン径を小さくし、スカートのシール素材を変えることでほとんど変わらぬ吸引力を維持することに成功した。これによりロジック系の消費電力も旧作比で52.5%削減しバッテリーライフも向上した。

話は脱線するが一部DC/DCは電圧が安定しないという意見をよく耳にするがほとんどが
・周辺部品配置とパターンが推奨レイアウトから逸脱している
・インダクタ又はコンデンサが本体から離れすぎている。
・帰還抵抗の値が小さすぎる、帰還パターンの周囲にインダクタンス要素がある。
・出力側コンデンサの選択がESRとDCバイアスによる容量低下を考慮していない。
・マウスではDC/DC本体は小さいものを良く使うので単にはんだ付けが不十分。
などで電圧変動で追従が遅れたり、最悪発振する可能性がある。正しく使えばほとんど気にならないはずである。あとは自分が過去にやった失敗としては帰還抵抗が衝突で破損して意図しない出力電圧が設定されてLDOを破壊したということはある。この場合抵抗のパッケージサイズを大きくする、並列にするなどの備えをするのが一般的。

4.モータ変更
入手困難になってきたベースのトイドローンを機種変更。

5.外付けeeprom廃止
ポートが足りないという理由もあるがマップ&パラメータ保存機能をマイコン（RX631)のデータフラッシュに移植。おかげで吸い出しによるパラメータの他マウス移植やマップ編集も自由度が大きくなった。

6.開発ツール変更
加工→BLACKⅡ　→　omioCNC(X4-800L)
メカ設計：Jww＋NCVC　→　Fusion360　
回路設計：PCBE　→　Quadcept
ソフト：Hew →　e2studio(eclipse)

動き出しはかなり腰が重かったがセミナー受講などで勉強して移行
一旦慣れれば速い。会社のCAD環境も古すぎるので、試作業務用に有料版の導入も検討中。

正直今は性能向上やマウスの新規性より既存開発プロセスの見直し、各要素の無理無駄の削減をいかにするかを楽しんでいる気がする。２年間まともな機体が作れなかったがその間、技能の向上ができたということが大きい。

1月末になった結膜炎原因説もあったが、接眼部分を煮沸消毒して今のところ使えている
実体ズーム式顕微鏡


基板が来たので、はんだ付けに活用してみる。全体的に表面実装部品の位置決めが行いやすい。

久々の赤基板。黒よりは傷に強くパターンが追いやすい。完成すればQuadceptで設計された第一号のマウスになるか...

肉眼だとはんだが付いたのか芋はんだになっているだけかの確認しにくいQFN接点なども実体顕微鏡を通すとこの通り


別に裸眼でもこの程度は実装できなくはないが、品質はまちがいなく上がる。ただ照明用LEDがブルーライト出しまくりなので裸眼実装より眼精疲労は体感的にかなり大きいようなので、もし導入を検討している人は長時間覗きこまず、休み休み作業することを強く推奨する。

ちなみにこんなこともわかる。


大陸格安とJetPCBのちがい。今の時代、使用している製造設備にさほど差はないだろうから、なんでこんなにズレるんだ...あと格安はレジストが熱や傷ですぐにはがれるので手はんだ向きではない。

マウスはあともう1台作る。

zultra　難民という言葉が生まれるが自分もその1人ではある。

10年前ぐらいに買ったFC100が御臨終っぽいので、Oppoの子会社のOnePlusというところのスマホメーカのOnePlus6を購入してみた。（国内店頭にあったほぼ未使用品）ハード・ソフトとも中国製品とは思えないほどの繊細な仕上げとなってる。



■画面はきれいだが小さい？
液晶は有機ELの6.28インチ、安物の有機ELは極端に黄や青みがかっているものが多いがこの機種は発色に変な偏りもなく、zultraも当時はかなりの高精細だったがそれ以上に美しく感じる。ただしかなり峡額縁にも関わらず多くのレビューでは持つと大きいとの評がついている。自分はzultraの6.44インチ以下の端末を持ったことがないので0.2インチのちがいでもかなり画面が小さく感じる。

■スロー機能の使い勝手の良さ
この端末は低価格帯の中では動画撮影機能が充実している。最高画質は4k-60fps、スローはフルHD 240fpsで撮影可能である。これは昨年買ったGoPro6とほぼ同じ性能でさらに光学手ぶれ補正も搭載しているという優れモノである。（ただし30fpsのときしか機能しないらしいが）そしてあまりレビューに出てこないが、単純にスロー撮影機能だけならアクションカムでも他のスマホでも多くの機種が搭載している。ただしその多くが
・その場でワンタッチでスロー再生の確認ができない。
・他のメディアでもスローに見せるためのレート変換ができない。
なんらかのカメラと別のアプリで編集という煩雑な過程が必要である。実はGoPro6はそれが面倒で手放した（ガジェット好きの父親にプレゼントした）このOnePlus 6 はそれがカメラアプリだけで可能なうちの1つである。


室内光程度の明るさでもフルHDでスローがとれるとは映像素子の10年の進化はすばらしいものがる。

■静止画はイマイチ
ミラーレス一眼 と比べてるのはナンセンスだが
F値は小さいので暗所も良く写るが全体的にエッジ部分などのディティールが粗い。ポートレートで背景もぼかせるがいかにも加工したという感じになって不自然すぎる。ただし展示会のメモとかマウス大会のスナップ程度ならこれで十分である。

2019マウスその１のAW完了。

見ての通り今年から回路CADをPCBEからQuadceptに移行した。これで機械CAD+CAMも去年ぐらいからJww+NCVCから3DのFusion360に移行しているので前世紀の開発環境から一気に現代までキャッチアップした感がある。（どちらも今流行りのクラウド型サービスなのでネット環境がないと動かないのは欠点だが）

以前に電子工作界隈では人気のあるKiCADも少し試したがUIが直感的でなく、回路図→AWのシステムに一貫性がなくわかりにくいので自分には合わなかった。このQuadceptはソフトのUIにプロのデザイナーも加わっているらしく、各種操作にほとんど違和感を覚えなかった。

一応あまり他で紹介されていなくて自分が便利だと思ったところを2つ挙げてみる

1. アノテーションの手軽さ

AWの途中でミスに気がついて回路図を書き換えたり、フットプリントを変更したときにネットリストが崩れずにスムーズにAWの該当箇所が変わったりするかということである。

例えば途中で赤枠のような（I/F回路）を追加したくなったとする。

AW画面でアノテーションを選ぶと追加や変更部品の一覧がでてきて簡単に追加することができる。



もっと面倒かと思ったがワンクリックで同期ができて期待通りだった。

2. 回路図で部品をクリックしながらAW画面でフットプリントを配置

ネットリストで出力すると特に初回配置時にコンデンサや抵抗などは大量にあってAW画面でどれがどれだかわからなくなって選択の煩わしさがあるが、Quadceptでは回路図上で直接選択して配置できるので、直感的で良い。




あと、外国風に見えて実は国産のCAD。日本人のちょっとした細かいところにもこだわるという気質が随所にみられる。

Fusion360で簡単なリファレンス用マウスをモデリング


加工

既に重い...　（モータが普通のφ6-12mmのシリーズより1.5倍重いのが原因）

実際の機構で前回と同じ要領で再び歪み計測。今回はパラメータとして手元の4種類
MK06-4.5、翠嵐のモータ、赤い彗星のモータ、緑モータ（dyNAMIX)
のモータを入れ替えて計測してみた。



前回との相違点は
・磁石を鉄芯で覆っている
・ベアリングがある
・モータがある

結果

だめだ...もろにモータの磁束漏れを拾っている。モータが無くても歪みが大きいことから、磁石の周囲に鉄芯を巻くとモータのコアと互いに反発はしなくなるが、エンコーダに届く磁界も弱くなるためS/Nが悪くなっていると推測。レニショー純正のφ3×1では厳しそうだ。

設計変更
磁石をφ3×1から今まで使ってきたφ3.5×1.5(ネオジム）に変更

かなり改善された。結局のところ精度は位置決めだけでなく、使用する磁石の磁力の強さにもかなり依存するようだ。

今でも1005と0.5mmピッチのはんだ付けぐらいは明るい場所なら（20代は暗くてもいけた）裸眼でも楽勝だが、0603以下やQFNがちゃんとパッドについただとか、パターンが断線していないかを確認するのはちょっとつらくなってきた。

1. Efix HDMI VGA 7 〜 45Xという中国製実体顕微鏡

今年から中華通販も解禁することにした。
特にトラブルもなく、EMSで注文から約1週間ほどで届いた。

梱包は例によって分別が死ぬほど大変なテープでぐるぐる巻き、発砲スチロールなどは型どりされており、去年のCNCよりかはまともな梱包がされていた。ACアダプタは説明になかったが親切にも日本の100Vに対応のものが同封されていた。

特徴は
・ズーム付　7～45倍　（7倍でマイクロマウス基板の半分が見える程度）
・LEDリングライト付　（このブランドはLEDが面実装型で作業の邪魔にならない）
・焦点距離:10cmほど
・3眼式でHDMIで見ている内容を外部モニタに出力可能
・最初からはんだ付けを想定しており、簡易的な耐熱マットやツール置き場も付属する。
・価格は3万円以下。国産だとニコンやオリンパスが大手だが10万を超える。

筐体は傷があったり、LEDリングライトの端子が下のようにただのはんだ付けだったりといろいろ加工が雑な部分はあるが機能に支障はない。


説明書は無いが勘で組み立てる。


双眼部分はピントもダイアルでスムーズに合わせることができて、くっきりと期待通りの画を得ることができた。HDMI出力は一昔前のデジカメレベルの画でピントの精度も双眼部分に比べるとかなり劣る。それほど使う予定はないので問題無し。

実際に顕微鏡ではんだ付けしたときは
・良い点
　面実装部品のピンセットによる位置決めが正確に行える。
　セミリフロー時にはんだの溶け具合がすぐにわかる。
　基板上のゴミ取りがしやすい。
・不便な点
　どうしても高さ方向の視界が失われるので、
　QFNの側面のはんだ付けの確認等はワークを傾けるなどひと手間が必要。
　覗きこんでいて視野が狭くなるので、手に持ったはんだごてや
　エアーノズルを画面外の他の部位にぶつける可能性がある。

今後のマウスはもっと部品を小さくしていくのでうまく活用できればと思っている。

2. 白光　FR-803B リワークステーション（ホットエア）


もともとは10万以上する高級機器だが、国内業者から格安で購入。2016年ディスコンで白光製品はディスコンから3年経つとサポート切れになるので格安のリリースが増えているものと思われる。

こちらは同価格帯で欧米での評価が高い中国製Quick861DWと迷ったが消耗品の入手性がよくなさそうなのと、温度表示がでたらめな可能性があるので国産の白光を選んだ。

特徴は
・センサフィードバックによるFX-888はんだごてと同じぐらい高速かつ正確な加熱
・ヒートガンよりエアーをかなり弱くできる。（部品が吹き飛ばない）
・温度を細かく設定できる
・プログラムでリフローの温度プロファイルを入れることができる
　（基板や部品を痛めずにリワーク、リフローが可能）
・ノズル内にバキュームも内蔵していて大きなICチップであれば
　ピンセットを使わずとも吸い取ることができる。

このように腹パッドがある部品でも、プログラムされた温度と時間のエアーをあてるだけでピンポイントで簡単に取り外すことができる。（因みにUSBは別要因で剥がれたので関係無いです）また逆にクリームはんだを塗布すればリフローができる。


実際にリワークしてみて
・良い点
　従来のようにはんだを盛ったり、吸い取り線で汚したりすることなくスムーズに
　基板から部品を取り除くことができる。

・不便な点
　加熱は速いが使用後の冷却は自然冷却らしく遅い。
　温度設定などボタン操作とLED表示が前世紀的で若干判りにくい。
　（一応、勘だけで操作してプログラムなども出来たが）
　筐体が大きく重く、場所を取る。（後継機は小型化されたようだ）


マウス中部支部のメンバの中にはもっと頭のおかしな機器に囲まれている人もいると思うので、自分はまだまだ見劣りする電子工作環境だと思う。

あけましておめでとうございます。
はい年男です。

今年の本業は謎の開発部隊に選抜されるらしく、関連した技術の勉強もプライベートでやろうかと思っていて、昨年よりさらに時間がなくなることは必至でなかなかマウスの大会に顔を出すことは難しくなるかもしれませんが死なない程度に頑張ります。

マイクロマウスは...
年末～新年でも、センサの評価と実機の走り込みとログ解析を行っているアホだが、
マイクロマウスの目下の課題は2017年以降に作ったハーフ、クラシック全ての機体が吸引すると低速のターン(1m/ｓ）程度でもこのオーバーステアが発生すること。

緑が目標角速度、紫がジャイロの角速度であるが途中で不自然に角速度が落ちている。これはスリップしていることを意味する。2017年以降のマウスはモータマウントと車軸の剛性が上がっている。（手で動かしてもがたつかない）またジャイロは旧作がMPU6000に対してICM20602という最新式のジャイロを用いている。ハードの変化点はこれぐらいである。

大方、タイヤの接地と機体の重心の問題と推測はできるが
不可解なのが車軸をポジティブキャンバに設定し、モータマウントの基板への固定ネジを緩めるとこのオーバーステアが緩和される方向に働くということである。一般常識的に結果は逆（ネガティブキャンバ+マウント剛性強化）のほうが安定するはずである。実のところこの現象に2年以上悩まされていて、次の新作で何を改善すればいいのかわからず新作の設計が進まない状態である。わざと足回りの剛性を従来機並みに下げるという手もあるがそれでは何か腑に落ちない。

四輪+吸引はもはや何がおきているのか自分でも理屈がわからなくなりつつあるので、一旦やめて、シンプルな機体に回帰しようかとも思っている。

前回に引き続きレニショー製磁器式エンコーダRMB06のテスト。
今回は1回転の歪みの精度が今まで使っていたエンコーダと比べてどの程度かということを確かめる。磁石径もマイクロマウスに使うことを想定して同社の選択肢のなかで最小のφ3厚さ1mmの小型のものを選択した。

以下に試験装置のブロック図を示す。

図のように光学式エンコーダであるMTL社のMES-6の軸にCNCで作成した磁石マウントを圧入し、対面に測定対象であるRMB06をセットする。パラメータとして磁石とセンサの距離を変えて1mmと2mmで振った。この両者は同じ軸の回転角度を共有しているわけで、両者の角度データを比較すれば角度誤差が計測できるというわけである。

一般的に光学式エンコーダは磁器式エンコーダより精度が高く、アッシーとして工場で調整されているはずなので今回はMES-6が誤差のないものとして考える。

あらかじめ断わっておくが、この結果で得ようとしているのはあくまでもマイクロマウスを作るときに使用する個人向けの工作機械の精度でどのくらいのエンコーダの精度が出せるかというものである。データシートでうたっているような絶対的な角度誤差ではないのでそのつもりで...仮にそれを測ろうするのであれば、もっと筐体の剛性UPや加工精度が必要で光学エンコーダもハイデンハイン等の認証された専用計測用エンコーダを使うべきで、それは個人が趣味でやるレベルではない。

比較対象として自分の機体である翠嵐や赤い彗星に使用していたa社の12bitインクリメンタルエンコーダとマイクロマウスではよく使われているF社1319モータ（IE2-400エンコーダ付）も同様の手法で計測した。1319は下写真のようにカップリングで接続した。


結果は以下の通り

縦軸がMES-6との角度の差分（歪み）、横軸が絶対角度である。尚インクリメンタルでZは使っていないのでそれぞれ計測開始点は異なる。

結果からRMB06　距離=1mmがエンコーダ付モータ1319と同程度の歪みレベルに収まっていることがわかる。また距離を2mmにしてもさほど歪みは大きくならなかった。
一方、a社のエンコーダは1mm,2mmとも歪みが少し大きく、特に距離を長くしたときに歪みが大きくなった。

歪みが発生する原因としては

1.センサ内のホール素子の処理方法のちがい（ばらつきの影響を受けるか受けないか）
2.芯だし不良（センサと軸の回転中心のズレ）
3.MES-6の軸の傾き（すりこぎ運動）

というものがある。今回の実験でも2,3の要因が支配的でたまたまa社のほうが大きかったのではと思うかもしれないが、治具で一応合わせているので条件は同じはずである。
3に関してはダイヤルゲージで回転方向が0.04mm、前後方向で0.03mmのブレがあった。
以下はRMB06 d=1mmのNG事例で軸中心を0.3mmほど横にずらした結果である。


振幅が4degほどまでに大きくなっている。このズレは自分の機体（翠嵐）のタイヤ径/制御ソフトで速度に直すと約0.46m/sほどの計測誤差が発生する計算となる。（ちなみに振幅が1degだと誤差は0.11m/s程度）これは古典制御では修正できない潜在的誤差となる。実のところ速度が発振してもマイクロマウスはあまり精度に影響はないのだが、機体の振動は大きくなるのでモータが余分に電流を消費して発熱が大きくなったり、タイヤの接地が不安定になったりするなどの2次被害が出る可能性はある。

ちなみに径が大きく高さのある磁石（φ4厚さ4mm)も試したが両社とも結果に大きな差はなかった。

どちらにしても磁気式エンコーダは光学式エンコーダに比べ、安価で小型化が容易というメリットはあるが組みつけの段階でかなりの精度を出さないとサーボ制御をかける用途としては使いにくいのである。特許をいろいろ調べると産業界では制御用として磁気エンコーダが単体で使われることは少なく、なんらかの補正手段を用いたり、光学式エンコーダとハイブリットで使うなどして精度を確保している事例が多い。

RENISHAW（レニショー)株式会社様の好意により、マイクロマウスにも使用可能な磁器式エンコーダの提供をいただいたので、次期型マウスは搭載する方針で開発を進める。

先方はイギリスに本社を置く、ロータリエンコーダや3次元計測用プローブなど高精度が求められるセンサ製品を中心に展開する企業である。

経緯としては本社で何人かマイクロマウスに参加しているメンバー経由で紹介があったのと、自分の本業でもたまたま付き合いのあるメーカであったということである。打合せの席で本業の案件のついでに実際に開発中のマイクロマウス実機を囲んで上司や海外の技術者もまじえ、小1時間ぐらい仕様について議論するところから始まった。

提供を受けたのは下記RMB06という磁気エンコーダモジュール(写真右下の黒い奴）

マイクロマウス開発者の視点としての本製品のうれしさは
・幅7mm以下
・電源3.3V
・ABZインクリメンタル(4逓倍：4096p/r）プッシュプル出力
・磁石径はφ3から公式に対応（もちろん径方向着磁）
・重量0.1g以下
特に3.3Vでφ3の磁石から対応するエンコーダはなかなか市場には無い。

形状が独特で直接立てるのは難しいので下記のホルダをCNCで加工して埋め込んだ。


リファレンス用のシャフトは何年か前に景品で頂いたMTLの光学エンコーダMES-6を使用した。軸にガタがあるので今後の歪み計測用にメカ的歪みを計測しておく。小さいので本当はレーザー変位計が欲しい。


仮配線。制御評価用には2012年ぐらいの2世代前のマウスを改造して用いる。


9700rpm前後（=マウスを全速力で走らせたときの車輪速度）でフリーに回転させたときのAB相の波形。きれいに出力されている。少なくも従来から仕様しているams社のAS5040系統では、径の小さい磁石を使うと停止時にも微妙に雑音が載っていることがあるが、このRMB06はどこで止めても雑音は載っていなかった。また、たまに安価なエンコーダだとモータのスイッチングノイズを拾うため対策が必要だが、このエンコーダはそういうことも今のところ必要はなさそうだ。


次回はリファレンスエンコーダと比較して歪みがどのくらいなのか検証する。