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2007年 04月 01日
三月兎さんのロボット・ファン.netのロボットBlogにDVD配付について書いてあったのを見ました。三月兎さんのDVD配布は元々営利目的ではなく実費徴収と言う形だったのでROBO-ONE委員会のいう営利目的の利用とは違うと思いますし、なによりROBO-ONEに関する映像資料は三月兎さんのライブラリーが最も充実していると言う事もあり、このまま配付中止になってしまうのはあまりにも勿体無いです!っていうか11回の映像凄く欲しいです!兎さん、頑張ってください!影ながら応援してます!
モータードライバ用に追加で発注した部品はUPSのトラッキングサービスを信じる限り既に東京に到着済みの様子。明日には届くかな。相変わらず早い!その間の成果は上のセンサー基板軍団。評価に必要な部品を実装しました。しかしベタグラウンドに繋がっている端子の半田付けは熱を奪われてかなり大変です。次は何か対策を入れよう。ともかく端子の出ていないアナデバの加速度センサーやジャイロも無事マウントできたようなので一安心。0.5mmほどパッドを外に引き出してそこから半田を流し込む作戦だったのですがバッチリ上手く行きました。さぁ明日は動作チェックだ! #
by mimiin55
| 2007-04-01 02:21
| Robot
2007年 03月 31日
16bit ADコンバータの準備も出来てサーボ制御開始まで後一歩のところまで来て、モータードライバに問題が生じてちょっと後退しちゃいました。次のアタックを開始するまでに今まで作業して分かった内容を忘れないようにメモしておきます。
・コアレスモーターをON-Break制御でまわす時はモーターの電気時定数によっては直列にインダクタを挟む必要がある。4013用のモーターを150KHz程度で駆動する場合必要な追加のインダクタンスは100uH以上。 ・モーター駆動用の電源のパスコンは10uF程度のコンデンサではやや容量不足。波形を見る限り100uF程度がマッチする。但し高耐圧で大容量のコンデンサはサイズが大きいため今のところコンデンサは10uFのみを使用し、電圧が変動しても問題ないようにその他の回路に以下の工夫を加えることで逃げる。(ダメなら100uFを追加) ・制御用の電源、GNDはレギュレータに入れる前から根元から分けて供給する。 ・レギュレータの前段のコンデンサの入力にダイオードを直列に入れてモーター側に 大電流が流れても制御側の電気を奪われないようにする。 ・アナログ電源はフィルターで整形した後ポイント供給。 ・FETドライバの入力側のパスコンは10uF程度必要。電源ラインは制御側とも根元から分ける。ブーストコンデンサは0.1uFで十分だった。ローサイドのゲート抵抗は1Ω程度でややオーバーシュート気味。1.5Ωと2.2Ωを試す。ハイサイドにゲート抵抗を入れると波形は悪化。立ち上がりの波形乱れが大きいので立ち上がりのみに効くように電源側に抵抗を入れて試す。FET駆動用の電流は平均すると10~20mA程度の様子。 ・電流検出用のオペアンプの増幅度を上げすぎると高速な変化に付いてこない。電流検出抵抗の値を上げて10~20倍のゲインに抑える方が良かった。FETのON-OFFのタイミングでかなりのスパイクノイズが生じる。FETのスイッチが速過ぎるのか、貫通電流が流れているのか?原因不明。押さえ込みたい。GNDを根元から分けている関係でモーター側と制御側のGNDの電位がかなり変動する。変動はローパスで吸収する。その際の非反転増幅回路の-入力側のGND及びローパスのGNDはともに制御側に繋いだ方が良い。変動が抑えきれない場合はMAX4377でローサイドの差動増幅を試す。 ・加速側の電流制限は必須。電流制御も出来るように可能な限り低い電流値でも誤検出しない事が望ましい。Break側の電流制限の必要性はマウスでは必須だがロボットの間接制御では微妙。加速側のみの電流制御にするとロジックICが3個->1個に減らせる。本当に必要かどうかサーボを組んで見極める。 ・汎用のコンパレータはプルアップ抵抗が必要なものが多い。動作は大して速くも無い。高速なものは種類が少なくパッケージが大きく値段が高い。高速オペアンプの方が良いと思われる。 #
by mimiin55
| 2007-03-31 02:27
| Robot
2007年 03月 30日
FETドライバとして使っていたISL6614ですが、動いている時は非常に調子が良かったのですが、なんかのキッカケで壊れてしまったようです。交換したところ復活しましたが、電流計測アンプの方を進めて良い感じのときにまたもやばーにんぐ。更にユニバーサル基板でモータードライバ全部組みなおして暫く使うとまたばーにんぐ。手持ちが全部壊れちゃいました。データシートをもう一度一通り読んでも特に間違った使い方をしてないので、どうもデリケートなICのようです。元々スイッチングレギュレータ用なのでロボットのようなモーターをぶん回すハードな使い方には耐えられないのかも知れませんね。
しかし期待していたICだっただけに残念ですね。こういうのって本当に精神的に堪えます。でも、ここでグダグダしていても仕方が無いので違うICを探します。例によってDigikeyで片っ端から検索したところ、電源電圧が5Vと低いながらアナデバのADP3419が良さそうかなと思いました。パッケージも小さいしなんと言っても16bit ADCと同じアナデバというのが安心感がありますね。さっそくDigikeyで発注!ついでに100uHのコイルやら超高速オペアンプやら10uFコンデンサーやらと必要な部品を発注しました。 上手く行けば週末には届くでしょうがそれまでは他の基板のデバッグを進めよう。 #
by mimiin55
| 2007-03-30 11:33
| Robot
2007年 03月 26日
ROBO-ONE #11も無事終了したようですね。GIYさんおめでとうございます!どうやらGIYさんの時代が来たようですね!私と言えば少々体調が悪くて家で休養&家族サービスしてました。色んな人の感想をWeb経由で見る限りルールの変更でテンポがよくなり見てて面白くなったようですね。スリップダウンに対するプレッシャーがキツクなれば安定歩行の技術開発なども正当化されるし良いんじゃないでしょうか。しかし見に行きたかったなぁ。
●凄いぜ16bit ADコンバータ! 本当に16bitとして使えるのか?ノイズだらけで役に立たないんじゃないの?高いだけで。と自分の中で疑問一杯だったアナデバのAD7683という16bit ADコンバータですが、プロトタイプ基板に搭載した最初の印象は「けっ!やっぱ使えねーじゃん。っていうかまともに使えるのも10bit程度か!?」と言う感じ。しかし!そこで諦めてしまわないのが最近の私の良いところ。 秋月で買ったSDS 200Aというオシロスコープをフル活用して色々調べるとA/DコンバータのVref端子に入っている電圧。波形が欠けてます。いやノイズとかそういうレベルでなくて欠けてるんですよボッコリと!おろろ~と他も当たってみるとどうも5Vライン全体に波形の欠けが観測されます。100uF程度のパスコンでは大して改善しません。と言う事は誰かが電流を引っ張ってるんだなそれも大量に! 問題はそれが「誰か」と言う事ですね。こういうときは私が良くやる手としては問題の波形をオシロで表示しつつ、もう1chのプローブで怪しい端子を片っ端から当たっていきます。その時に怪しい端子を探っている方のチャンネルでトリガーをかけるのがポイントです。原因となるヤツの波形を観測すると問題の信号の方も同調して表示されるので犯人を特定できると言う仕組みです。 と言うわけで犯人探し開始!まずは怪しさ一杯のマイコンから。全部のポートを順番に当たっていくが全然同調せず。おろろ?おかしいなぁーと適当に膳端子当たっているとなんとなく同調したような気が!この端子は。。。シリアルポート!?しかもRS232Cのレベル変換ICの出力端子です。そうか!犯人はマイコンじゃなかったのかぁ!盲点でしたね。確かにRS232C信号はチャージポンプで作るのでコンデンサに瞬間的に大電流を供給してますね。これはトラ技付属マイコン基板の出来がイマイチということですね。まぁ付録に文句を言っても仕方が無いですが。どうりでR8C15でA/D変換した時も精度がイマイチだったわけだ。トラ技付属基板を使用される方は御注意を! さてどうやって解決するかな。まずはICの電源端子を足上げして電源から切り離し、症状が治まるか確認。うむ。波形の欠けが無くなった。やはり犯人はMAX3380で間違いないですね。(最近MAXIMのICに苦しめられる事が多いな)次にフェライトビーズを挿入してその先に10uFのコンデンサを挿入。むぅ全く改善せず。まぁフェライトビーズはかなり高周波にならないと効かないから当然か。さぁどうしようかなぁ。要は一瞬で一杯電気が流れるのが悪いんだから平均してゆっくり流れてくれると助かるわけだ。おら!と100Ωを電源ラインに入れてみた。これなら 5V / 100Ω なんで最大でも50mAしか流れません。かなり力技ですが。しかし効果は絶大!電源ラインの欠けは完全になくなりました!RS232側の電源は0.1V程度揺れてますが、まぁこの程度なら通信に影響は無いでしょう! これで解決!と言う事で肝心の16bit A/Dの方を見てみるとかなり改善!12~13bitは素で使えるようになりました。良いねぇ。でもこんなもんじゃ俺は満足しないぞ!次に例のVref端子と電源の間に入っていたフェライトビーズも100Ωに変更!おぉ!今度は14bitは素で使えるように!これならちょっと平均化すれば16bit全部安定して使えますね。しかし100Ω両端で電圧が60mVも降下しちゃってます。これだと高い電圧の測定に支障が出るのでまずいですね。この100Ωの先にはVref端子以外にポテンションメーターとオペアンプが繋がってます。これらを切り離して直接5Vへ接続。100Ωの先にはVref端子のみ接続に変更しました。おぉ!今度は100Ω両端での電圧降下がなくなりました!(テスターで測れる限界(1mV)以下)おし!完璧です! さらに試しにモーターの駆動周波数を150KHzから75KHzへ下げてみたところ。素で15bit使えてます!スゲーよこのA/Dコンバータ!採用決定!ただ75KHzに下げるとモーターが例によってちょっと暖まってきちゃいました。まぁ駆動周波数は追加するコイルとの兼ね合いですね。 ●深いぜ電流制御 完全な電流制御を行うにはもっと低い電流でも制御できないと困るなぁと思っているのですが、現状はノイズで300mA以下だと測定出来ていません。次で改善するつもりだったのですが出来る事は速めにやっとこうと思って確認したところどうもノイズだけでは無い雰囲気。オペアンプで増幅した信号だけでは限界を感じて電流検出抵抗を20mΩから1Ωと50倍にしてみました。これで全てが明らかになりました!今の回路だと「マイナスの電圧」が測定できないとダメだ!つまり回転をしている時は正の電流と負の電流が流れ、それぞれを平均した値がトルクに比例する電流になります。なもんで正の電圧だけ測定すると常に+側へオフセットした結果になってしまうので低い電流の制御が出来なくなっている訳です。う~むこりゃぁやり方を変えないとダメだな。今のうちに分かって良かった。 #
by mimiin55
| 2007-03-26 02:53
| Robot
2007年 03月 22日
MAXIMから最後の部品が届いてから5日。ひたすら次期俺サーボ用モータードライバ検討基板と格闘してました。コントロールは以前に作ったトラ技付録のR8C15が乗ったマイコン基板で行います。配線を間違えたり余計な回路が乗ってたりで3回ほど安定化電源をオーバーカレントしてしまいましたがモーターを回すところまでは順調に進みました。導入した安定化電源のお陰か今回はまだFETが燃えてないですね。 まずはバラしてあるKRS-4013のモーターをガンガン回すか!ってモーターメチャクチャ発熱してます!FETは冷たい。FETドライバも冷たい。モーターだけが熱いのか。デューティー下げてもダメ。う~ん。なぜ!?PWMの駆動周波数は150KHz。試しに300KHzに上げても変わらず。この時点でPWMは6bit制御。むぅ面倒だ!更に4倍の1.2MHz(4bit制御=16段階しかない)にしてやる!って今度はFETドライバがあっちっちーですよ!モーターの方もあんまり変わっているような気がしないし。っていうかこれで上手く行っても16段階では制御できん。 ON-BREAK制御がダメなんだろうか?試しに無理やりLowSide-PWMに回路を変更してやってみる。相変わらずデューティに関係なくトンでもない速度まで回ってますが、発熱の問題なし。電流も少ないし「やっぱ良いわLowside-PWM」速度制御には最適だな。うんうん。とか言ってる場合ではないですね。今回の俺サーボは位置制御をメインで行きたい。このままではまずい。 う~ん。う~んと唸りながら部品棚を漁っていると、いつ買ったかも分からないようなコイルを発見!そうか、コイルを入れてインダクタンスを増やしてやれば綺麗に電流が流れて上手く行くかも!早速手に取った130uHのコイルをモーターと直列に入れてみる。。。おおおおぉ!良い感じ!発熱が無くなった!電流も減った!っていうか音が全然違う!凄くスムーズです。150KHz駆動にも関わらずデューティーを1にしてももスルスルと回るのには感動しました!しかもデューティーを切り替えるたびにスパッ!スパッ!っと速度が変わって非常に気持ちが良い。「やっぱ良いわON-BREAK制御」位置制御に最適ですね!貫通電流流れないようにしたり、コイルを突っ込んだり色々大変だけど。 さぁここまでくれば電流が綺麗に流れてるはずなので電流制御までもう一歩のはずです。送料$50も払って買ったMAX4377FUAUに活躍してもらいましょう!早速オシロで出力電圧を測定。。。むむぅ!では逆回転にして測定。。。むむむむぅ!ダメじゃん。結論から言うとモーターと直列に入れた抵抗の電位差を測るのは電位がバタバタするのでMAX4377では無理! このままじゃイカンですね。どう変更しようか。ハイサイドに抵抗を入れて測定するのはFETドライバが昇圧の関係でずっとハイに出来ないので無理。ローサイドに抵抗を入れて測定するのはMAX4377はちょっと苦手。っていうかローサイドなら普通のオペアンプのほうが良い。と言うわけでローサイドに抵抗を入れてその電位差をオペアンプで測定する方針に変更!なんとMAX4377は結局使わない事に。あぁぁ送料$50がぁぁぁ。しかも内緒にしていたけど最初に間違ったパッケージのMAX4377を買っちゃったので送料は合計$100!しかも部品を俺サーボ量産分の50個ずつ計100個買っちゃったんだよぉ~(T^T) 気を取り直して綺麗な基板に傷を入れながらローサイドに抵抗を入れる改修。次にオペアンプを随分昔に買ったシール基板に実装して搭載。MAX4377は泣く泣くカッターで足を切り落として基板から外しました。オペアンプはMCP6001という汎用タイプ。安いのにR2R-IOなのが特徴です。で適当にデューティーを設定してストールさせてみる。むむむっ!電流制御されてるっぽい!ではではと色々デューティーを変えて試してみる。むぅ。デューティが高い方がストールトルクが大きい。原因が分からず色んなところの波形をオシロでとっては眺め、ちょっと回路を修正しては波形を眺めるを2日ほど繰り返してやっと原因が判明!オペアンプが遅いのがダメだった!電圧を切ったのに電流が増えていくのでおかしいなぁ~と思ってたんですよ。 で、手持ちの高速オペアンプLMV710に変更。ストールさせて波形を測定。おおおおおおぉ!今度は頭の中で思い描いていたとおりの波形です!そうそう、こういうのこぎり型の波形なんですよ!いや~良いねぇ。ディレイは数マイクロ秒に抑えられています。素晴らしい!ストールさせたままデューティーを変えてもトルク変動は全く感じられませんでした!完璧だ!しかも加即時のみならずBREAK時の電流制限もちゃんと効いていてとっても良い感じ。 後は適当に選んでいた130uHのコイルですが、実は良い線だったようで100uH前後のインダクタンスが必要なようです。47uHではちょっと発熱しちゃいました。それと今回使ったFETドライバはとっても高性能でした。高性能ゆえに高速にFETをON-OFFしすぎて電源を揺さぶってしまってます。ゲートドライブ信号にダンピング抵抗を入れた方が良さそうですね。次で対応しよう。で、電源を揺さぶるお陰で電流センス信号にノイズが乗って電流制御の最低値を制限してます。今のところ6%(330mA)以下だとイマイチです。次でどれくらい改善できるかチェックですね。 色々と苦労はしましたが、ずっとやりたいと思っていた電圧と電流を同時に制御できるモータードライバが完成して非常に嬉しいです!苦労して設計した回路が思っていたとおりの動きをしてくれるととっても楽しいですね!実はここには書いていない細かい工夫なんかも一杯あって自分自身のレベルも少し上がったような気がしています。とにかく最高のモータードライバが完成したので後はこれに16bit ADCを組み合わせて制御ソフトをバリバリ書いて最高のサーボに仕上げてやろうと思います。 #
by mimiin55
| 2007-03-22 00:50
| Robot
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