ロボコン日記

最近は大会参加や旅行も厳しいので製品レビュー記事が多くなっているが今回メイカー界隈では比較的需要のありそうなACサーボモータをArduinoで回してみたということで紹介する。まず結論から言うと、ACサーボモータであってもステッピングモータと同じ回転方向とパルス指令の2信号で回せるものがあるのです。

■ACサーボモータの入手性について

誤解のないように言っておくとラジコンサーボでなくて産業用ACサーボモータの話です。
あまり趣味で紹介しているサイトがないので簡単に解説しておくとACサーボモータはわが国のお家芸なので国内では
・ファナック　安川　三菱　パナソニック　山洋
など有名メーカはいくつもあるが、基本法人が前提でこれらを個人で小ロットで購入するのは中古でもない限り難しい。
また、中古であっても多くの場合3相/単相200Vが主流で一般家庭で使いにくいのと、運よくDC入力対応品を入手したとしてもサーボパックの仕様が不明だったりコネクタが汎用品でなかったりと結局余分な部品も増えてコストがかかり、取り回しが面倒なことが多い。

一方海外だとそういった低電圧かつ汎用マイコンでも比較的簡単に動かせるサーボモータも販売されている
・TEKNIC ClearPathServo ：米国製。お手軽を売りにしていてよく海外の自作CNCで使っている人を見かける
・DMM DYN2：.カナダのメーカ。こちらも個人購入可。サーボパック別体だが高回転域でもトルクが高い。
・JMC Integrated Servo：中華製だがわりとまともそうな会社。驚くほど安く欧州で使用例が多い。

お試しということで一番安い3番目のJMCのモータを購入してみた。

型番
IHSV57-30-10-36
を購入。サーボアンプ内蔵のACサーボモータで市場価格100$を切るというコスパの良いモータ。

■主要スペック

出力：100W
入力電圧：DC24～50V 　(ただし50V加えると中の回路の電解コンデンサの耐圧が50Vだったのでマージン的に危うい）
最高回転数：3000rpm
定格トルク：0.6Nm
最大トルク：1.5Nm　（T-N特性表が無いので何rpmで肩が来るのか不明）
定格電流：7.5A　（A-Peak ?Arms? DQ変換が3なのか√3文化なのかは不明)
相抵抗：0.53Ω　100Wの割には内部抵抗は小さい
相インダクタンス：0.58mH
磁極数：8 スロット数：不明
形状NEMA23（取付穴が47.14 mm ピッチ）
ファームバージョン：V604 (バージョンによって使用できる調整ソフトが異なる）
※DSPチップによるベクトル制御と書いてあるが分解して確認したところ中身はSTM32F103マイコンであった。これはCortex-M3アーキテクチャのようなので厳密にはDSPではない。

■外観
一見ステッピングモータのような形をしているがれっきとしたACサーボモータである。モータドライバは尻の黒い部分にコンパクトに収められている、上の子亀のような部分は大きい割にほぼコネクタとロジック処理系の回路しかない。シャフトのベアリングは中華かと思いきや意外にもNMB(ミネベア)が使われていた。

■配線

前の記事のｇｒｂｌを入れたArduinoがあったのでそのままテストに使う。
基本ステッピングモータドライバと同じで回転方向とパルス信号を送れば動くので配線は特に難しくない。差動入力になってるので配線が長くなって雑音が気になる場合はラインドライバで接続できる。差動が不要な場合は図のようにアノードコモンにするればいい。
RS232Cはサーボログをとったりパラメータを変更したりする場合は接続する。TTLレベルかと思いきや直接D-sub9ピンをつなぐスタイルでレベル変換不要。（最初勘違いしてFT232の出力をつないでしまった）
結局この種のドライバ内蔵モータというのは外付けのサーボパックが不要となるのでコントロールボックスの小型化には良いが、その分電源ラインとコントロール信号は引き延ばさないといけないので、コントローラとの配線数は逆に増える傾向にある。



I/Fはすべてターミナルブロックになっており、特別なコネクタを用意しなくても銅線を直接接続できる。
写真ではENA(イネーブル）も配線しているがこれがシステムGNDにつなぐとサーボOFFとエラークリア、浮かせるとサーボONという通常とは逆論理なので使いにくい。まあ趣味レベルなら配線しなくても問題はないかと思う。

ACサーボモータではあるがディップスイッチで1回転の入力ステップ数を変えられる。自分は元のCNCの設定1600p/rev(1.8進角1/8マクロステップ相当）にとりあえず設定した。ステッピングモータはステップ数を高くすると回転がスムーズになる反面、脱調しやすくなるが、ACサーボでは疑似的に設定しているだけでベクトル制御をしているなら理論上いくら細かくしても脱調は起きないはずである。ちなみに元のエンコーダの分解能はインクリで光学式1000×8逓倍のようなのでこれより細かくしてもあまり意味はないと思う。この状態でメイン電源を印加すると即座にサーボロック（FBがかかって手で軸を回せない）状態になる。


一応サーボの中身に興味はあるので調整ソフトをダウンロードして何ができるか見てみる

主要な内部変数をウォッチできる。丁寧にも選択すると下に解説までついている。


パラメータはリアルタイムで変更できる。基本的な位置速度電流のPIゲインやトルク制限などがあり、変更して挙動が変わる（音的なもので計測はしていない）ことを確認。制振制御のためのノッチフィルタやオートゲインチューニング的なものはない。このモータを使用する人でそこまでやる人は少ないのか。また、インクリエンコーダ型のACサーボにも関わらず起動時に動くことなくサーボがかかるのでどうやって初期磁極位置を検出しているのか疑問に思ったが、パラメータの中にホールセンサの項目があったので単にホールセンサのパターンから計算しているのだと推測する。


4ch分のサーボログ機能もある。ただし最速でもサンプルレートが50msなのではっきりいってゲイン調整用途などでは使い物にならない。シリアル通信で一度に取り出す量が固定というところからこの制約が来ていると思うが最低1msでは取れるようにしてほしい。

ｇｒｂｌ+CNCjsで動かしてみた動画。

普通にステッピングモータの信号を与えるだけで動く。動画では過剰なイナーシャをつけているせいで角度によっては発振も多少あるので、この場合ゲインとフィルタのパラメータを調整すべきだが、CNCや搬送用の機械などイナーシャが小さいものではあまり問題にならないでしょう。事実自作CNCでは割とデフォルトパラメータのままでも使っていると思われる人も多い。マイクロマウスにはどう考えても大きすぎるが、簡単な命令でステッパー感覚でサーボをかけられるのでご家庭のCNCや3Dプリンタのグレードアップ、もしくは24V以上の電圧が許可されている比較的大型の機体を使用するロボコンには使えるのではないでしょうか。

--- 特徴 ---
・27インチIPS WQHD(2560×1440)
・3辺狭ベゼル
・TypeC接続対応
・ACアダプタ内臓
・sRGB100%
・デザイナーを意識した様々なモード

リンク→仕様

--- 経緯 ---
会社で4KやWQHDに慣れているのと、最近は個人でも開発のために多くのソフトを同時に起動して作業していてFullHDが狭く感じるようになったのでBenQというところのPD2705Qというデザイナー向けの27インチWQHDモニターを購入したので簡単に紹介する。

--- BenQ（ベンキュー)とは ---
BenQは台湾に本社のある自分のイメージでは主にプロジェクターが強い会社。ディスプレイは巷の評価はわかれるが、主に中級クラス以上であればそれほど悪い評価はない。今まで個人ではEIZOのモニタしか使ってこなかったが今回は値段、機能などバランスが良いと判断したので購入に踏み切った。

--- 外観 ---


写真左が購入したPD2705Q。3辺狭額縁で特に変わったところはない。24インチのEV2451（写真右)と比べてみると27インチは大きく感じる。付属スタンドは高さ変更や縦回転も可能。画面を完全に台座にくっつけることのできるEV2451ほど可動域はないが個人的にはだからといって特に不自由な点はない。ただし台座が大きく、意外と前方に出っ張ていて(フレームから約5cm)と場所をとる。これらが気になる人はVESA規格に対応しているので別途モニタアームを購入して使えばいいと思う。

--- 接続 ---


このモニタはType-C接続に対応していて、PC側がThunderbolt 3に対応していればUSB-Cケーブル1本でPCへの給電と映像出力を同時に行うことができるのでノートPCだとHDMIケーブルやACアダプタが不要になって配線がすっきりする。自分のThinkPad Carbon(2019モデル)は対応しているので簡単に接続できた。ただし付属のケーブルは屈曲性が悪くやや短く、端子が左側にあるPCをモニタの左に置く場合はやや窮屈になる。

--- 画質など---


写真左のEV2451と比較しても発色は遜色なく変な癖もない。あえて言うならノングレアの液晶ではあるが画面の反射が若干EV2451より大きく、黒の表示などで背景がわずかに映り込んだりするが通常使用では特に違和感を感じるレベルではなく、2560×1440の広さと鮮明な画を堪能できる。

ちなみにもっと高解像度の4K (3840×2160)にしなかった理由は4Kで27インチだと文字が13インチでフルHDのノートPCとほぼ同じ大きさになってしまい、その仕様のVAIO-Zを少し前まで使っていた経験上、画面に顔を20cmぐらいまで接近させてのぞき込まないといけなくなるからである。（ノートPCは目線が近いからいいのであってそれを据え置きモニタでやるのは目も姿勢も悪くなるし好ましくない）スケーリングを使えばいいのでは？と思うかもしれないがMacは知らないがWindowsのスケーリングはなんとなく中途半端で文字がにじんだように見えて、これを紙のようにスムーズできれいだという人もいるが自分はあまり好きでない。あと2Dで使っているJwcadは対応していないようでまともに描画できなくなる。またMATLABなども一部表示が見にくくなる。このように使っているソフトでいろいろと不都合が出る場合が多いという理由で私は使わない。


写真は24インチフルHD(左)とPD2705Q(右)のドットバイドット（スケール100%)の比較
WQHDは27インチではでちょうど画質と文字の大きさのバランスが取れている。

--- ユニークな機能 ---

色合いのプリセットを変える機能は最近のモニタであればたいていは搭載されているが、他のモニタになかなか無い機能としてその色モードをディスプレイの左右で別々に指定できたりするのである。例えば左側の画面にソースコードをもってきてブルーライトカットモードで目を休めつつ右側でCADデザインをするためにCAD/CAMモードにするなど。

--- 目へのやさしさ ---
照度センサによる自動調光、独自のアイケアというフリッカー低減、ブルーライトカット機能もありEV2451同様に目が疲れない機能を搭載している。7/22地点でそれを搭載していることを証明する、第三者認証機関TUVのCertificationにまだこのモニタの型番の記載がないが、スロー撮影で確認した限りではフリッカーはない。先代のPD2700Qは取得しているので、販売されたばかりの製品でまだ認証取得手続きが最後まで完了していないだけと思われる。

--- その他 ---

地味にスタンドに取っ手があるので片手でつかめて持ち運びはしやすい。個人ではあまりないかもしれないが会社だと配置換えのときとかによくモニタを移動させることがあるので重宝するかもしれない。（中に金具の補強があるのか不明で強度的に不安はあるが）

オーディオはありますよという程度。リフレッシュレートも60Hzなのでゲーム系には向かないが、音楽はほとんど聞かない、ゲームも全くしないという自分には問題ない。プログラムからCADによる設計まで幅広い作業を行うようなクリエータの方にはこのPD2705Qは良い選択肢ではないでしょうか。

≫続きを読む

--- 解決しようとする課題 ---
探索時の壁読みの安定性をどう高めるかは初級者から上級者までマイクロマウスは共通の課題である。
せっかく最短走行でばっちり調整したとしても迷路を覚え間違えていて走れなかったとなっては悔いが残るであろう。
そこで仮値と統計データを用いた自分の調整方法を参考までに掲載する。

--- 前提条件 ---
・センサは前壁×2 横壁×2で壁との距離を光センサのAD値の変化で読む一般的なマウス。
・光センサに許容できない雑音が載っていない（ハードウェアは正しい）
・ある程度探索走行で動き回れる。

--- 説明 ---
やり方は3ステップ。
経年劣化などもあるので定期的に見直す。また大会会場の試走などで挙動が怪しい場合も行う。


■　Step 1. 基準値チェック。

まず光センサを天井（常識的な照明下）にかざしてすべてのセンサが正常に小さな値が出ているかを確かめる。
この地点で値が高かったり、センサごとのばらつきが大きすぎる場合はハードの故障かそもそものセンサの設計が甘い。


次にマウスを図のように迷路の真ん中に置き、左右のセンサがほぼ同じ値か、前壁センサがほぼ同じ値かを確かめる。
これは完全に同じでなくてもいいが極端に異なる場合は光軸の角度がずれているか、受光発光いづれかの素子のばらつきが疑われるので回路定数で調整するか、それが困難な場合素子自体を交換するかする。また組み立て時はよくても、走らせているうちに徐々にばらついてくることもある。

■　Step 2. 仮閾値の決定

- 前壁センサ
どこで前壁読みをするかにもよるが、一般的には区画の入り口だと思うのでその場所より幾分か後ろに機体を置いてその時の壁読み値を閾値にする。

- 横壁センサ


写真のように機体を区画の一番隅に置いたときの値を閾値とする。これを左右で行う。

■　Step 3. 実際に迷路を走らせて精度を確認する。

1,2だけでも安定するときもあるが、基本的には実際に迷路を走らせてみて壁読みミスが起こらないように閾値を微調整していく。トライ&エラーでもいいが、本当に妥当な値かを見える形で判断したい。1例として統計データを取るという手法を紹介する。


この図は機体が探索走行中にそれぞれの区画で壁の有無を判断したときの各センサ値をすべて保存した結果である。
横軸はセンサのAD値の分布、縦軸は観測した回数である。大きく2つに山が分布している。これは壁が有りの場合の山(右側)と無しの場合の山(左側)である。この図で2つの山の間の谷の中央に閾値があれば、最適値に近いといえる。

もし自身のマウスの壁読みが安定しない場合は以下のようになっている可能性がある。



・2つの山が明確にわかれず、接触している。


→　センサのダイナミックレンジが小さすぎる。このような状況ではどこに閾値を設定しても読みミスするリスクがある。回路設計を見直すことを検討するべき。あとは単純なソフトのポカミス（発光と受光の組み合わせがちがう。読み出した値が別のセンサ値だった）かもしれない。

・対のセンサで分布が異なる。


→　右センサと左センサで分布のピークがちがうなどの現象。
中央値がずれていてマウスがどちらかに寄って走る癖があるか、そもそものセンサの素の値がばらついているかである。後者の場合は別々で補正テーブルや閾値をもたせるか、再度LEDの発光強度やセンサの感度などを調整しなおすことを検討する。ただ経験上左右の値が異なるときは壁切れや姿勢制御といった、より精度を必要とする機能にも影響してくるので素子自体を近い特性のものに交換したほうが苦労しないことが多い。

・山のばらつきが大きい（横に広い）



→　マウスが迷路の中央を安定して走れていない可能性がある。壁を読むタイミングで距離や角度がずれていないかチェックするか、あるいはソフトの不具合（ＡＤ変換のタイミングが割り込み遅延などでばらつく。フィルタがある場合は定数が適切でないなど）も疑う。

・山が複数ある。



→　複数あっても中央で壁の有無が明確に分離できるのであれば特に問題はない。ただ中央に近いところで山がある場合などは特定の迷路パターンでの壁読みが不安定になるなどが考えられる。その場合は例えばセンサ値と同時に座標データをログに埋め込むなどして情報を拡張し、相関性を確認する。そのうえで相関率が高いのであれば読むタイミングをずらしたり、専用の閾値を設けるなどの例外処理的な対策を行う。

--- むすび ---
以上私の調整方法を紹介した。もちろん人によってマウスのソフトやセンサ配置はそれぞれなのでここに書いてある通りやってもうまくいかなかった、結局わからなかったなどもありえると思うがなにかのきっかけになればと思う。学習アルゴリズムなどで自動的に最適な閾値を決める、3σから外れた値のときは読み直すなどの動作を入れるとより知的で面白いかもしれない。

X4-800LというメインCNCを導入してから出番がほとんどなくなってしまった写真のオリジナルマインドのCNC BLACK2であるが、こちらも小型で設置が楽で樹脂や木材などであれば調整すれば同じくらいは精度が出るのでライトユーザには十分実用となる。

ただ問題点はパラレルポート制御なので最近のPC（特に小型ノートPC)では扱いずらいということである。

(2020年現在の後継機種KitMillはUSBCNCというUSBで動く専用コントローラに変更されている)
BLACK2に付属しているのはTRIOという制御ボードであるが、ユニポーラのステッピングモータドライバが3軸分搭載され、これをパラレルポートからのパルス信号と回転方向信号を与えて制御する所謂パルス駆動型のドライバである。パラレルポートといっても特別な通信フォーマットではなく、送る手段はピン配置さえ合えばなんでもいいのである。

パラレルポート付きのPCであればPC上のソフトから直接信号を送れるが、ない場合はUSBやLANなどシリアル通信媒体のI/Oから変換して送ることになる。作者も長年MS-DOSで動くTurboCNCという20年以上前のソフトを使ってきたがどうにか最近のPCでも動かせないかと思って調べてみた。

そうすると近年はGRBLというArduinoIDEのマイコンに実装して使うソフトで簡単に実現できるようなので試してみた。

---Arduino----


イタリアで開発されたマイコンのIDE（統合開発環境）である。初心者が手軽に組み込み開発をできるようにとマイコン固有の面倒な設定になりがちなブートローダやペリフェラル等を簡易化してUSB1本の接続でかつ、1つのソフトだけで極めて少ないコードでプログラムができるようにしたものである。オープンハードウェア&ソフトウェアということですでにたくさんの派生品が存在するが、自分は大会の景品でいただいたArduinoUNO(本家で最もシンプルなやつ）が発掘されたのでこれを使う。本家のベースは昔懐かしいAVRマイコンである。

---GRBL---


Arduino用の3軸CNC駆動用ソフトウェアである。ArduinoマイコンはPCからUSB(シリアル通信)でGコードを受信すると
それに応じて軌道生成を行って、ステッピングモータの加減速指令信号（パルス）を出す。

いくつかバージョンがあり現地点で最新の1.1fを書き込んだ。オープンソースなので解析して改造できるがUNOであれば特にいじる必要はない。ほぼArduinoのスペックの限界まで使い込まれている。AVRの廉価機種なので昔ベーシックマウスで使われていたH8 Tiny(3664F)などと同クラスのスペックである。これでよくリアルタイム処理を実現できたものである。

---回路----
信号変換ボードを自作する。
基本的にはGRBLで割り当てられているArduinoの信号出力を対応するTRIOのピンに接続するだけである。


ユニバーサル基板でさくっと作った。


ただTRIOのマニュアルを見ると必要な信号はPNP接続（GNDに落とすと信号High)だがなぜかGRBLのスピンドルON/OFFは逆（5Vで信号High)を想定した作りで論理を反転する機能がパラメータとして用意されていないのでこれだけ論理反転回路（といってもFETと抵抗2本で終わりだが）を作った。

あとこのUNOのピンヘッダの並びが曲者で上の写真のピン群のうち右サイドの2つの間がなぜかハーフピッチで間隔があけられていてそのままだとユニバーサル基板に刺さらないというトラップがある。仕方ないのでユニバーサル基板側のピンを曲げて面実装でオフセットさせて無理やり実装した。もし新規でやろうと思ったらArduino NANOとかのほうが使いやすいと思う。

TRIOを使わなくてもCNCシールドという名前でステッピングモータをつなぐだけで動かせるモータドライバユニットもある。（対応するGRBLのバージョンは注意）さらに最初からGRBLがインストールされ、マイコンとドライバが一体基板となっている製品もある。（安い中華CNCやレーザ加工機によくみられる）
これを使えば難しい回路の知識がなくても簡単にそこそこの自作工作機械が作れるというわけであるが、この業界はマウスと同じでコピー、そのまたコピーで作られるもので、中には設計意図が忘れられていつのまにか重要部品が削られ、うまく動かないというのもあるようなので注意が必要である。TRIOはスピンドル、ステッピングが完全に別電源で安心感がある（実際8年近く不具合をおこさず稼働し続けた）

--- Gコードを送るソフト ----

ターミナルで手打ちするわけにはいかないので、Gコードをシリアル通信でArduinoに送信するソフトを用意する。
これもいろいろなソフトが用意されているが、近年は以下のCNCjsがよく使われているようだ。

勘で操作したが簡単に使え、実際に加工もできた。ただしXYZ移動方向や送りねじ換算、台形加速パターンなどはBLACK2の仕様に合わせて設定しなおす必要がある。（GRBL上のパラメータをコマンドを打って変える）自分は表示された英語を見ればなんとなく判ったが、ピンとこない人は以下の日本のOpenLaboのページに設定方法があるので一読するといい。

加工する分にはスムーズでむしろMS-DOSで動くTurboCNCは上回っているのではないかと思ったがMach3とかTurboCNCなど直接パルスを生成して出力するソフトとちがって、あくまでGコードのコマンドベースで動作するものなので、手動で動かすJogとかがあまりスムーズでない。

以上紹介してきたがこれらの方策はBLACK2への活用そのものが目的ではなく、その先のCNCやレーザ加工機、チップマウンタなどの自作への布石としたかったのである。GRBLも現在では古い部類になり例えば派生のTinyGやsmoothboardといったジャークを使うなどよりスムーズに軌道生成を行えるようにしたものも出ている。この程度は長くマイクロマウスをやっている人間なら共通する部分も多いのでボードもソフトも自作できそうではある。海外の情報がほとんどであるがこの工作機械自作界隈というのも奥が深そうだ。

微妙に記事を修正。


--- 導入 ---
さて、CNCを買い替えて2年経過したが現行の中華CNC(X4-800L)は今も順調に動作している。精度など自分が求めるレベル（±0.05mm）程度は日々のメンテ(油注入や面出し等）で維持できているので、趣味用としては当たりであったのではないだろうか。


ただし画像の右の付属の無線コントローラについては以下の点で不満で

・ボタン配置が直観的でない（特に左右X軸)
・押し込みが固いので細かいジョグ動作がしにくい
・たまに動作中に無線が切れてそのときに軸を動かしていると復帰するまで動きっぱなしになる
またスペースの関係上PCをマシンの上方の棚に置いているのでキーも操作しずらい

--- 解決手段 ---
一般的な日本人が使い慣れたコントローラ = プレステ3で操作できるようにする。
ゲームを全くしない自分から見てもこのコントローラのUIはよくできている。
これまでいろいろな有志の方がPCで使うドライバを作っていた（自分もロボコンでマイコンで読むやつを作ったこともあったが）どれもいまいち動作が不安定でCNCのコントローラに使うにはちょっと危うさがあった。この度ようやくうまくいったので（というか備忘録として）残す。例ではMach3という制御ソフトを使っているが基本的にキーボード操作で動くソフトであれば同じことができると思われる。

--- PS3をPCで認識できるようにする ---
最近はいつのまにか公式が対応するようになっている。
まずプレステ公式サイトから「PlayStationNowPC」をダウンロード
ソフト本体は不要。これをインストールしたときにいっしょにインストールされるドライバが目的。
自分は手元にPS3のコントローラがあったのでそれをUSB接続してみる。（無線(bluetooth)には対応していないようだ）


成功するとコントロールパネルのデバイスとプリンタのところにPS3コントローラが表示されるようになる。
「右クリック→ゲームコントローラの設定→プロパティ」で各ボタンが反応していれば成功

そういえば最近はPS3は生産終了したせいか純正品は流通がなく値段が1万を超えており高いようだ。
(自分は当時まだ高価だったマウス用のジャイロを手に入れるために10年以上前にセールで2000円程度で買ったものだが...)
PS4でもいけるかとは思うが未確認。

--- コントローラにキーを割り当てる ---
普通にゲームをやるなら各ソフトにその機能が付いているが今回は汎用ソフトでキーを割り当てる。
これは「JoyToKeySetup」というソフトを利用する（この種では珍しく日本産ソフト）


このソフトは接続されているゲームコントローラを自動認識し、その各ボタンに任意のキー、さらにマウスのクリックまで割り当て可能という優れもの。使い方はこの種のブログを読んでいるような人は勘でわかるでしょう。画像ではジョイスティックに移動を割り当てている。外国人がよく「すごいだろ、ジョイスティックで加減速操作までできるんだぜ」という動画を上げているが、XYZ軸の移動を割り当てるとなにかの拍子にコントローラを落としたり身体で意図せず触れたときに動くと危険だということが判った。ちなみにMach3にも「Key Grabber 」というソフトがついているがPS3コントローラはなぜかうまく認識しない。

---　Mach3　----
これが古いソフトのせいか分かりにくい上に情報が少ないので解説する。やることはMach3の各ボタンをPS3のボタンで行えるようにしようというもの。当然矢印キーなど簡単なものは何も設定していなくても最初からそのまま使えるが、各軸ゼロクリアとかプローブスクリプト実行などショートカットが割り当てられていないものは
自分で設定する必要がある。


この場合「Screen4」という画面編集ソフトをインストールして使う。
これでMach3のディレクトリの1024.setというファイルを開き目的のボタンでプロパティを表示させキー割り当ての項目があるので割り当てたいキーを打って登録する。ついでによく使うボタンをまとめてカスタム化した。

で成果がこちら（動画自体はファンの製作がメインだが）

コメントをオンにすると多少わかりやすいかも。
ここまで言ってなんだがPC用の普通のゲームコントローラを買ってこればもっと楽にできたのかも。

今までなかったのかと言われそうだが、最近は電流を測ることも多いので購入。
TACKLIFEというDIY系ツールメーカのMDC02


・アマゾン等で約￥12,000前後と安価で手に入る
・スイッチング方式で30V/10A出力でw:80mm×d:143mm×h:238mmと小型
・多くの安い安定化電源は電源ONでいきなり出力が出るがこれは「OutPut」スイッチが付いていて
電圧設定確認をしてからONができる


背面　ファンがあるが電源オンだけでは回らない。ケースを開けるとサーミスタがあったのでおそらく温度で制御。


太い赤黒線は出力ラインだがはんだ手付け配線。フラックスの残りカスが汚い。2層基板で小型にするためやむおえなかったのかもしれないが機内配線レイアウトをもう少し考えよう。

表。やや乱雑な印象があるが、粗悪品だと省略されがちな筐体接地やヒューズもあるのでまあ安全には使えるでしょう。謎の中国メーカSAMXONの電解コンデンサは大丈夫なのか少し気になる。

動作チェック。

5V出力（無負荷）立ち上がり。オーバーシュートはない


5V出力時の60Hzのリップル。10mV以下は一応は仕様を満たしている。スイッチング式の宿命ともいえるが、リップルノイズは測り方のせいかもしれないが大きい。


最大30V出力時のリップル。10mVは少し超えてしまっているがS/N的に実使用上は特に問題はない。

テスタで電圧の正確性を測る
3V指定　実測2.986V(-0.014V)
5V指定　実測4.980V(-0.02V)
10V指定　実測9.950V(-0.05V)
20V指定　実測19.90V(-0.1V)
30V指定　実測29.87V(-0.13V)
海外製品は110V～125Vが前提なので100Vでは少し弱くなるのは仕方ないか...
あとつまみのチャタリングが大きいようで、たまに回転方向の符号が反転するのは製品としては少しいただけない。
おそらくこの手のエンコーダは出力ラインにコンデンサを数nF追加すれば取れるはずだが制御盤が改造しにくいところにある。

適当なMaxonモータでテストの様子

電流制限もしっかり効いていることがわかる。

無線やオーディオといった雑音にシビアなもの以外（この種の人はドロップ式を使うべき）でDC24V程度までのロボットなどの一般的な電子工作の趣味で使う分には機能や精度は必要十分だと思うのでお勧めする。

皆様　新年あけましておめでとうございます。

もうマイクロマウスでも本業でも技術を教えていく立場にあるポジションに入りかかっているのだと思いますが、本人はまだ探求心だけは学生の心を忘れずにやっていきたいと思います。ということでたまにはノウハウをばらまきます。

でタイトルはなにかというと、手元にある大量のモータのT-N T-I特性を測っていた。下はほんの一例




なるほど、よくクラシックの吸引で使われているφ8.5モータは200円もしないのに1万円以上するDC-X10S(1.5V)並みの特性を持っていて、赤い彗星の吸引に使っているφ7よりは電流に対してトルクが出るということはわかる。（実際は軸受けやブラシの耐久性、銅損など効率が違うと思うので全く同じかというとちがう）ただし自分の小型の機体に対しては必要以上に吸引力を上げる理由はなく、イナーシャと重量増加によるデメリットが大きくなるので採用していない。旧作の紫電改クラスならマッチすると思う。また吸引と車輪駆動用では向き不向きの傾向が異なり、吸引は高速域で電流を流すタイプのほうが性能を発揮しやすいが、傾きが急なやつが多く、それだけ負荷変動で大きく回転数、トルクとも変化するということを意味するので制御には向かない。



さて、新作は駆動モータにそれぞれ電流センサが搭載されているので、今までDutyという物理的に曖昧な単位で扱ってきたトルクが、上記のT-N,T-I特性と機体を加速させたときの電流を計測することでわりと正確に知ることができる。図のように任意の加速度で加速させたときの実測トルクと、機体の重量、イナーシャ、摩擦などから計算した理論値とほぼ一致した。（伝達効率とか摩擦係数で少しフィッティングしたが...）

モータ制御の基本は電流である。速度やトルクは最終的にはpwmによりモータに流れる実効電流を制御していることになる。
電流がわかるとなにがいいかというと、モータの性能から機体の速度を上げていったときに出せるトルクの限界を知ることができる。厳密にはメカの機械損や銅損があるが、トルク=加速度に近似できるので任意の速度での目標加速度上限をモータのT-N特性から逐次設定する（オートアクセルを適用）ことでロスのない加減速を行うことができる。実際には効率を完全に100%にすると前述のような様々な外乱要因があって不安定になりやすいので、ここに摩擦やバッテリ電圧低下割合など不確定要素をパラメータとして加えることで冗長性を持たす。


こんな感じ（途中で不自然に変動しているのはたぶん段差）

まだ行っていないが電流フィードバックを行うことができれば電流の時定数は位置や速度に比べて桁違いに小さいので出したいトルクとして電流指令値を与えれば位置・速度系に対して正確なフィードフォワード制御をすることができる。もっともマイクロマウスは速度の軌跡精度はそこまで重要ではないのであまりガチガチのサーボにしてしまうと今度は角速度方向の性能に響くので注意は必要である。その他、昨今の高電圧化、大電流化の流れに対しては電流センサでモータ電流を監視することでトルク制限を加え、クラッシュ時など過電流によるモータの焼損を防ぐこともできる。マウスに限らずご家庭の移動ロボットに電流センサ一ついかがでしょうか。

家電批評系Youtuberではないがよくこんなタイトルを見かける。今年はなにかと設備投資を行ったのでまとめとして紹介する。

No1. 実体顕微鏡
品名：Efix HDMI VGA 7 〜 45X サイマル-焦点連続ズーム三眼実体顕微鏡


ズーム+LEDリングライト付で元々電子工作向けなのか、はんだごてをじかに当てても燃えないの水色の耐熱性マットも付属品としてついてきて3万は破格といえる。中華製ではめあいとか筐体の精度がいまいちだが、機能としては問題ない。似たような顕微鏡はたくさんあるが、LEDライトがスリムで工具が当たりにくいと思ったのでこれを選んだ。

導入は品質面向上の観点で効果があり、0603のはんだづけも楽にできるようになり、QFNのはんだ不良などの発見にも効果を発揮した。液晶出力付や可動軸のちがいなどでバリエーションがあるが長期で使ってみた感想としては可動軸は肘が邪魔になるのと液晶は立体感と解像度が落ちるのでどちらもあまり出番がなかった。

導入を検討している方には注意点として、目に当てるものなのでアルコール消毒や煮るなど雑菌処理はしておいたほうがいい。（多くの業者は仕入れるだけでそのあたりはなにも考慮しないので...）それをやらずに当方謎の細菌に感染して1週間くらい結膜炎で苦しみました。あとはのぞき込んではんだ付けするので普通にはんだ付けするのと比べてどうしても目が疲れるのと、肩や首が痛くなりやすいということは覚悟したほうがいい。固定式ルーペでもよかったのではという説もある。

No2. 水溶性ゲル状フラックス
メーカ：ChipQuik
品名：SMD4300TF10


ピッチの狭い電子部品をはんだ付けするときにフラックスを塗ることが多いと思うが、市販の液体フラックスはすぐに蒸発してしまい、こての当て直しなどをするとすぐにはんだのノリが悪くなって焦がしてしまうという経験をした方も多いだろう。


このゲル状フラックスは海外のスマホの部品リペアなどの動画を見て知ったもので、使い方は基本的に注射器ではんだ付け個所に盛るだけ。粘り気もあるのでまず部品の固定がしやすいのと、最大の利点は長時間はんだごてを当てても液体にはなるが蒸発しないのではんだの濡れ性を保つ効果が持続するということである。さらに水溶性なので普通のフラックスのように黄色いべたべたしたヤニが残らない。エタノールでさっと拭くだけですぐに除去できる。こちらも品質向上に貢献した。型番から元々アメリカのAMTECHというメーカが本家のようでAliexpressにもたくさんあるがすべて偽物と思われる。

No3. ホットエアーステーション
メーカ：Hakko
品名：FR-803B


300℃～600℃熱風を当てて基板のはんだを溶かして部品を取り外したり、逆にLGAやBGAなど足がない部品のはんだ付けを行うとき等にに使う工具。似たものにドライヤーやヒートガンがあるがこれらは口が広く風も強いので上記のような用途には向かない。さらにプログラムで温度プロファイルも設定できるので局所的なリフロー炉としても機能する。効果としてはマウスの失敗作からCPUやエンコーダICをはがして流用するときに効果を発揮した。すぐに部品が入手できずに使いまわさなければならなかったり、部品が壊れた時に交換などする機会が多いような人にはおすすめである。

ただUIがわかりにくいのと、今は廃盤で入手性が悪い（最新機種はかなり高額）ので最近だと Quickというメーカの861DWが分解動画を見た感じ品質はいいと思う。 あと比較的アマゾンなどでよく見る数千円の858系列の安いものはヒーターがすぐダメになるか最悪温度制御が暴走してFHした、また風の調整を弱くできないなどの不具合事例を多く見るのであまりおすすめはしない。

No4. ファブレット
メーカ：OnePlus
品名：OnePlus6

Oppoのサブブランド。デュアルSimに有機ELとそこそこのカメラとCPU性能を持つ。2018年販売当時にはいろいろな批評サイトで最もコスパの良いハイエンド端末に選ばれている。自分はそんなものはどうでもよくて、FC100に代わるマウスの動作解析用のスローモーション機能の使いやすさが気に入って購入した。フルHDで240FPSが取れるだけならiPhoneなど多くの機種があるが、多くはその場ですぐ再生したりコマ送りができなかったりしてPCに転送時もスローにならなかったりする。この機種はそれが操作しやすいと感じた。他の動作もサクサクでスマホとしての機能も申し分ない。ただGPSのキャリブレーションの精度が少し弱い気がする。

No5. 3Dプリンタ
メーカ：Tiretime
品名：UPmini2

日本だとAFINIAブランドで売っているBox型の3Dプリンタ。2019年現在では古い機種ではあるが会社にもあり、トラブルも少なく品質も同価格帯のプリンタの中では良いという評判で購入。使ってみるとCNCほどの精度は出ないがエンドミルをセットしたりワークを固定したりするなどの準備が不要なので試作や小物づくりには手軽でよい。
特にトラブルはないがABSはもろく、機構部品などに使うには少し心もとない。特にハーフマウスレベルの細かい部品（ホイールやモーターマウント、ファン）には使えないと思ったほうがいい。比較的最近でもう少し安いものであればAnycubic i3 Megaというものが評判がいいらしい。

No6. ノートPC
メーカ：Lenovo
品名：ThinkPad X1 Carbon


ビジネス向けで初期バンドルソフトも少なく、軽くてシンプルなノートPC。特徴はキーボードが打ちやすい。WQHD 2560×1440対応。クラウドやマルチタスクが多くなりメモリは16GB積んだ。純日本製で今のところ快適（今までの経験上5年後はわからない）ただしwin10は無駄に論点をずらそうとするおせっかい機能が多く使いにくい。

No7. M5 Stack
ESP32系マイコン。Arduinoベースでプログラムの例が多く簡単にUDP通信や液晶グラフィック表示などができる。
計測器など小物の作成には便利である。ただし自分の個体は電源回りのトラブルが多く、公差設計に難があるように感じる。


番外　トイドローンとその部品

目的はバッテリー、モータなどの部品取。一応モータのばらつきを見る目的で安物で高度維持や方向固定もないやつばかり動かしてきたので、それなりに鍛えられて普通にドローンも飛ばせるようにはなった。マウス転用は全くダメなやつもあればかなり使えたものもあった。基本的におもちゃは品質が安定しなかったり説明に曖昧な表現があったりするので良いかどうかは試さないとわからない。

書いていて思ったが大陸製品がだいぶ家庭に侵食してきている。国内メーカで買えるならそちらを優先するのだが価格に対して趣味で使える程度に昔より品質が良くなったのと、一般人の流行から外れたようなニッチな製品は国内通販に出回らないというのがある。またブランド価値を気にしすぎてオープンプライスで商社を通さないと実勢価格が開示されない文化もダメである。そして産業機器の商社は個人を相手にしないことが多く、結局中古などでしか買えない。働き方改革とか言っているが日本の企業は昔にも増して個人を相手にしなくなり、売れないものは作らないつまらない国になったように感じる。それは言い換えるとありふれたものしか作らないということである。マイクロマウスもそうだが「ありふれたもの」では上位には入ってもトップは取れないと思っている。いつの時代も少し尖った製品は人を魅了する。

人生時には諦めも必要といわれるが自分の人生振り返ると何をするにしてもあとひと頑張りが足りなかったと感じることが多い。マイクロマウスもしかりで全日本では3位や2位が多かった。マウスの場合、自分が過去からどれだけ成長したかというのが重要なので、なんでも優勝すればいいというわけではないが、後で差分を分析するともう少し頑張れば勝てたということが多い。今回紹介する伏見稲荷は2回目で前回は6年前に中腹で断念している。

今はいつのまにか外国人の不動の人気観光地No1になっている。平日のせいもあるが行きかう人々はざっと7割ぐらいが外国人のように感じた。1300年以上続く庶民の信仰「お稲荷さん」の総本山であり、千本鳥居など他国には無い日本の神秘を感じられるということだろう。

この伏見稲荷大社、境内が1つの山であり全部回るにはかなりの体力と時間を要するが基本的には神社なので24hいつでも参拝でき、拝観料もない。そのため朝早い方が人も少なく、落ち着いて回ることができる。夜は夜でまた趣がちがうそうなので機会があれば来てみたい。

有名な千本鳥居。9:00ぐらいならこのようにまだあまり人はいない。最近は進行方向が指定されている。

千本鳥居を抜けて奥社奉拝所（奥の院）実質ここから山登りスタート。この写真のひときわ目立つ鳥居の裏を見ると...なるほどということかとなると思います。

道中も鳥居が延々と続く。

途中いくつか祠がある。狛犬ではなく狐の像があるのが特徴で、この狐は「白狐（びゃっこ）」で稲荷信仰では人々に幸せをもたらす神の遣いということで目には見えない存在とされているそうだ。銜えているものは稲穂（五穀豊穣）・鍵（宝物）・玉（玉鍵信仰）・巻物（知恵）だそうだ。まあ、顔立ちが独特で昔の人は妖怪か神聖な生き物に見えたのだろうか。関係ないが狐の嫁入りだったのか、周囲は晴れているのにずっと稲荷周辺だけ雨が降っていた。

四つ辻。前回はここで引き返した。なんだかんだで眺望はここが一番いいので、6年前の自分もそうだがここで満足してしまう人も多いようだ。今回は体力も十分余裕だったので登る。ここからは未知の世界。頂上へのルートは3通りぐらいあるが、王道とされる右回りで回る。

頂上までまたいくつか祠があるだけで特に珍しいところはない。そして階段が急になる。

ついに頂上に到着。登り始めて45分ほど。頂上という文字はあるが一の峰という祠があるだけで特に宝箱があったり、素晴らしい景色があるなどのご褒美は何もない。神道はそんな俗なものではないのである。前回あきらめていたものがリベンジできたという点で心が満たされた。そういったよい心地になることが最大の褒美であるのだと思う。祠にスタート地点に戻る旅の扉があってもよさそうだが、当然ないので来た道と違うルートで下山する。

こんな謎の恰好の狐もいる。これは眼力社というところのもので狐の加えた竹から水が出ている。拝むとビジネスで目利きがよくなるとか。11:00ぐらいになるとふもとは観光客でごった返す。雨が強くなってきたのでさっさと退散する。

午後は大阪。難波と千日前のアーケード。大須とほとんど雰囲気は変わらないが平日は大須より人が多い。右の「わなか」というたこ焼きは安くて非常においしいのでおすすめする。左の551の肉まんも有名である。

黒門市場。伏見稲荷にもまして外国人が多く、表記も中国語や英語のほうが多いため一瞬海外に来たのかと思うほどである。お目当てはずばり日本食で鮮魚だろう。

謎のペッパー。
外国人でも振り向く人はほとんどいない。この程度の人型ロボットはもはや誰でも作れる時代なので特に珍しいものでもないだろう。でんでんタウンで軽く買い物して終了。いつのまにかデジットや千石電商がスマホ決済などキャッシュレスに対応していた。

令和の時代の最初の大会と同時に40回という記念すべき大会に今年も参加
場所は厚木の東京工芸大学
今年はそれなりに多くの地区大会に参加し、ポイントは稼いだので出番は最後の方。
種目はクラシックマウスとマイクロマウス。午後になるかと思ったが思いのほか進行はスムーズにいっているようでクラシックは午前中に出番が来た。


このコースは公開されてすぐに判った。表彰状の背景となっているコースである。このコースは2003年のエキスパートクラス決勝の迷路である。たしか昔サイエンスチャンネルで当時としては貴重なネット動画もあったような。

クラシックマウスで走るのは2016年に製作し、4年が経過した「赤い彗星」
こいつはいつのまにか直進とターン1m/sで吸引探索もできるようになっていたが、全日本ではバッテリを浪費するだけ無駄なので通常の吸引なしの探索を選んだ。探索は特に問題なし。自分の選んだ最適コース（だったかは知らないが）は前半の斜め連続、くし歯、長い直進からの細かいターンの連続区間と難しいとされる要素が一通りそろっているバランスのとれた迷路である。

2走目はまず去年のMAXパラメータから始めた。ゴール。この地点で海外勢はすべて抜き去り暫定2位
3走目は特定ターンの速度と斜めの速度を上げたがフェールセーフで一部ターンが遅くなったようだ。
4走目は今年ひそかに用意した最速パラメータ。
中部ではあまり安定しなかったのでダメかと思ったが、例年全日本の路面は一番走りこんでいる自宅と似ており、相性がいいのでゴールしてくれた。これで暫定2位。
ただそれでも0.1s以上トップと差があるので、直進区間を無茶しないと上回ることができない。
5走目は直進のパラメータを上げたが、やはりふらつき後半のターンの入り口でずれたようでだめだった。

結果準優勝。
この機体はトレッドが狭いせいもあり、直進性能が昨今のトップクラスと比べると少し劣るようになってきたようだ。また3セルの参加者が増えてきており、力勝負の度合いも強くなってきている。それにしても2003年当時の優勝タイムが8,391で今年の優勝タイムが4,143なので16年間で2倍以上速くなっているということである。

午後はマウス


あいかわらずうんざりするほど広大な迷路である。
走るのは今年の新作「赤い彗星2」
前作の翠嵐と比べると探索がまだ安定しない。特に両側柱の区画の壁切れがあまり安定しない。
おそらくエッジの検出がうまくいっていなかったのでしょう。途中で壁を読み間違えたらしく停止。
ただこの地点でロードすると最短経路は出ていたのでそのまま最速走行をさせることにした。

2走目は一番走りこんでいるパラメータで安定してゴール。
3走目は直進速度を上げる。これも成功
4走目は基礎MAXパラメータ。少し壁にぶつかった気がしたがゴール。
5走目はさらに直進を上げてみたがバッテリーがなくなったらしくリタイア。

去年より1つ順位が上がって準優勝
優勝者と別コースだったので単純に性能差で比較できないが、あちらのほうが距離の観点では短かった可能性はある。

W準優勝
副賞がすべてモーター。つまりテクニカルシートで「不明」ばかりでなく、もっと良いモータ使えということか。

Hさんと話していたが、各競技学生の実力が海外選手とも互角以上に戦えるぐらいにだいぶ向上してきたように思える。
2000年代初頭などはほぼ韓国やシンガポールが上位を独占していた冬の時代もあったのだ。もう我々おじさん勢がいなくなっても日本のマイクロマウスの世界は明るいだろう。そろそろ活躍は次の世代にたくし、引き際も見えてきた気がする。

今回の大会は実行委員が大会のスリム化を掲げていたように、今まで時間や手間を擁していた車検の簡素化や、表彰式、一斉休憩の廃止、全競技ほぼ同時進行など随所に効率化が図られているのを感じた。そして路面の品質、ほこりが少ないこと（自分の出番が後ろだったせいかもしれないが）も文句なしであった。今年の流行語大賞が「Oneチーム」だったそうだが、この40回マイクロマウス大会も決してラグビーのような華があるわけではないが、大きなトラブルもなく運営、参加者ともOneチームで取り組み、成功を収めたのではないだろうか。