NJL5820のエンコーダディスク作成方法

どうもhmsnです。

 

全日本マイクロマウス不参加の懺悔として

NJL5820エンコーダの自分の作り方をまとめておきます。

(なお、学生大会以降に行ったものです。)

 

準備するもの

ステンシル(PCBメーカに発注)

発注するにあたって、作成したデータはgitに挙げておきます。(KiCad 5で申し訳ありません...)

 

黒色無双

https://amzn.asia/d/3bpV96p

反射を抑制するための吸光塗料

 

イージペインタ

https://amzn.asia/d/4jDyeJ9

黒色無双を筆塗するのは大変なため、スプレー塗装を行います。(使い方はガンプラ作ってる人たちの動画を見るとよいです。水は少なめがいいかと思います。)

 

プライマー

Amazon | ニッペ 素地密着 塗装可能 上塗り万能 マルチミッチャクプライマー スプレー 300ml | スプレー塗料

黒色無双は水性塗料のため、アルミステンシルとの相性は最悪です。そこで、定着性を向上させるためにプライマーを用います。(URLは今回用いたものです。もしかしたらもっといいものがあるかもしれません。)

作成手順

塗装

まずステンシルからディスクを取り出します。この際、カッターではなく(金物用の)ハサミを用いて取り外すとやりやすかったです。塗装の手順としては、プライマー、乾燥、黒色無双塗装の順で行います。ディスクを床面に直置きではなく、割りばしとテープで中心円の縁で支えるようにすると塗装しやすいです。

 

組み立て

今回反射用のディスクはアルミ削りだしをCNCで行いましたが、ステンシルでも代用できるかと思います。ホイールの組付けは上図のように凹部分に組み付けています。

 

測定

 

機体に搭載した結果を上図に貼り付けます。約3 m/s程度の速度でも読み取れています。

 

探索走行ではそのままの値を使うと速度分解能が足りないので、先人たちの知恵を用います。(30 msの移動平均を用いています。)

 

失敗談

このNJL5820をマイクロマウスに用いる取り組みは2023全日本3位の方が先駆者で、自分も真似して、下図のようなものを作成しました。(左図：アルミ削りだし、右図：つやあり黒色基板、下図：読み取りの失敗例)

どうも、乱反射による影響が大きくこれらのやり方では自分はうまくいきませんでした(アライメントがかなりシビアに思います。)。

 

今回紹介した吸光塗料を使うやり方は学生大会の某スポンサー企業の方にアイデアをいただいて作ったものです。大会で発揮できるよう2024に向け調整頑張ります。

学生大会の報告と今期の取り組みの紹介

どうもhmsnです。

昨日はトコロさんのロボット紹介と大会の振り返りそして私への宣戦布告でした!
まさか、名前の由来が弁当箱とは...

 

マイクロマウス Advent Calendar 2023 の22日目として、
自分の学生大会の報告と今季の取り組みについて紹介させていただきます。
取り組みについては、フィードバックいただけますと幸いです。

 

学生大会の報告

ホテルを予約し忘れていたり、二徹を入れたりと死にそうでしたが、優勝しました。

 

学生大会の運営の方々、本当にありがとうございました。

優勝したとはいいつつも3機だして最短走ったのは一回だけという(クラッシック優勝＆ハーフ二位のkさんとは違い...)安定性に欠ける結果でしたので来年度は安定性を向上させていきたいです。

 

今季は自己都合により、全日本大会出場できませんので、
来年度も"フレッシュマン"として32x32を完走できるよう頑張ります。
(いよいよ、これネタにできなくなってしまっているので本気で焦っています。)

 

 

今季の取り組みについて。

今季はモータの逆起電力(トルク)定数を求めること、スリップ角についての考察を改める、NJL5820エンコーダ、切削にて部品作成、0.4mm基板等いろいろ行いました。自分のX(旧twitter)で遡ればいろいろ呟いていますが、まとめていませんでしたので、今回はモータの逆起電力(トルク)定数の測定法について、記述していきたいと思います。
(内容としては上級者向けかもしれませんすいません。)

 

これまで、モータの逆起電力求める求める方法としてハイスピードカメラを用いて測定、固定具を作成し別モータで回転させその時の起電力を測定、??(最後の画像)が紹介されています。いずれにせよ、無負荷ではない状態であったり、測定環境をセットアップするのが大変という課題があると思っています。今回は比較的容易に測定する方法を示します。

 

ルール無用JCJCアタックの動画を見るとたまに回転数を測定する機器を目にします(俗にスマホっていうんですけど...)。モータは回転するときに音が発生します。その音は回転数に応じて周波数が変わるため、FFTを行うことで特定の周波数にスペクトルが出現するはずです。それを利用し逆起電力定数を求めます。
回路図を以下に示します。

電源と電流が測定できるテスターそして、音のスペクトルを出してくれるアプリが入ったスマホがあればできます。モータのインダクタ成分については定常状態で測定することを前提にするため，無視します。
以下に結果を示します。

左図がモータを回していないときのスペクトル。右図がモータを回しているときのスペクトルです．393Hzに特徴的なスペクトルが立っていることがわかります。(多分，他のスペクトルも定数倍の周波数のスペクトルのはず...?)
周波数(Hz)から回転速度(rpm)への変換は60倍すればOKです．

試しにMK06-4.5の回転速度ごとの逆起電力のプロットを以下に示します．この逆起電力はモータの抵抗、配線抵抗分の逆起電力を電流測定から算出し電源電圧から差し引いた値です。

 

このプロットの傾きが逆起電力定数(V/krpm = mV/rpm)です．
おおよそ、先人たちが求めてきた定数に近いのではないかと思います。
これまでの方法よりも比較的簡単に準備できるものかと思いますが、正しいかはわかりません。ご意見ください。余談ですが，この方法を応用して今季は吸引ファンの設計にも少し取り入れることもしてたりします。

 

明日はこみさんです。
X(旧twitter)でシミュレータを活用されているのをみかけたので、どのように作成されたのか知りたいと思っていました。楽しみにしています!

 

 

 

九州地区大会に参加していただきたい...

どうも，hmsnです．

マイクロマウス Advent Calendar 2022 - Adventar　1日目．
作ってしまったので，初日は自分が担当させていただきます．

はじめに...

今回のテーマは九州地区大会にぜひ参加して欲しいという私からのお願いです．

今年度，私は7月の関西地区，10月の九州地区，11月の学生大会に参加しました．
また，他地区の大会の様子もライブ配信があり，いろんな方の走りを見る機会が増えとても参考になりました．

しかしながら，他地区と比べると九州地区は参加者が少ない...
考えられる理由としては，競技人口が少ない九州，さらに熊本の中でもかなりの僻地...

今後の九州地区大会を盛り上げるために，ぜひ参加して欲しいので会場近くのホテル，熊本に来たら食べてほしいもの，行ってほしいところをまとめたいと思います．

場所

九州地区大会は例年熊本高等専門学校熊本キャンパスで行われます． マップ上だと...

交通手段

熊本駅・熊本空港から直線距離はさほどないように見えますが，交通の接続が悪く時間がかかってしまいます．(下手したらhpの所要時間より長いかも...)
kumamoto-nct.ac.jp

個人的には九州外であれば福岡経由で高速バスを利用して西合志という高速バス停で降りるのがベストかなと思っています．
理由としては以下の三つです．

  • 福岡空港から博多駅までは地下鉄で5分程度

  • 熊本空港より福岡空港の方が便数は多い．

  • 福岡-熊本の高速バスは一時間に5本程度はある&予約不要．

※ただし，渋滞には注意．

開場近くのホテル
  • 菊南温泉ユウベルホテル

kikunan-ublhotel.jp

  • ホテルAZ

www.az-hotel.com

上記二つのホテルは会場から近い場所にあるホテルです． バスor電車で会場から行くことができます．

一時間に二本しかないですが，繁華街と会場を直接往来できる電車(往復700円ぐらい?)もありますので， 熊本市の繁華街付近でホテルをとるのもありです．

食べてほしいもの

お弁当のヒライ　ちくわサラダ

www.hirai-wa.com

マウサーの方々のお馴染み某R社のロボットがラインに入っていることで熊本では一時期話題になったそうです． そのヒライの中でもこのちくわサラダは一度食べてほしいです． (馬刺し，からし蓮根，太平燕，熊本ラーメン etc... も食べてほしいです．)

行ってほしいところ

熊本城

castle.kumamoto-guide.jp

2016年に熊本地震で大きな被害を受けましたが，天守閣は復活したらしいです． ただ，お堀の石垣は崩れているそうですがある意味その時しか見れない姿なのでぜひ！！

最後に

結局，地元紹介みたいな形にはなってしまいましたがぜひ九州地区大会に参加してください．
特にトレーサーの参加者が年々減少しています．ぜひ参加のほどお願いいたします．

アドベントカレンダーの方もまだまだ登録者募集中です．
こちらの方もお願いいたします．

FF項について考える(メモ書き)

※間違いの可能性があります．hmsnのメモ書きです．

FF項について考える．
K島さんのブログ(https://kojimousenote.blogspot.com/2009/08/dc.html)がやっぱり一番参考になるのではないかと思う．これをベースに現時点で自分なりにわかっていることをまとめておく．

FF項は基本的な考え方としては機体の各種パラメータを用いて，モータに加える電圧を決定することだと思っている．そこで必要となるのが独立二輪車のモデルとモータの定数となる．

独立二輪車のモデルは"Robotics Notes: 独立2輪駆動モデル"と"マイクロマウス研修(のり)[23]マイクロマウスの力学モデル制御 | アールティ 移動型ロボットブログ"がとても分かりやすく説明してある．

モータのパラメータは先人の測定結果(http://hidejrlab.blog104.fc2.com/blog-entry-1234.html?sp)を用いる．(抵抗は4.5Ωでしょう...)

独立二輪車のモデルにおいて，最初のブログを参考にするとモータのインダクタ，タイヤの慣性モーメント，粘性抵抗の三つの項目を省いている．(多分)

自分のFFでは粘性抵抗も追加で考えることにした。粘性抵抗の発生源はベアリング、モータのブラシから発生するものだと自分は考えている。

タイヤの慣性モーメント、インダクタの項を省いたのは値が小さいから...(今のところ)

粘性抵抗を考えると以下のモデルとなる。

f:id:hmsn_sts:20220322233741j:plain

この式において、電流：i ，モータの回転数：ω について解いてあげると...

f:id:hmsn_sts:20220322234043j:plain

モータの両端の電圧を求めると、

f:id:hmsn_sts:20220322234328j:plain

(計算ミスってないよな...)

粘性抵抗：Bと慣性モーメント：JはExcelでDuty比が現実的な値になるように調整を行った。

※プログラムを行うときは桁数の制約があるので適宜mN・m等変更する必要がある。

実際の走行の比較が以下になる。

 

f:id:hmsn_sts:20220323012810j:plain

 

f:id:hmsn_sts:20220323012827j:plain

機体の速度、角速度を示しているが、大きな違いがないように見える。

(速度の追従が悪いのはごめんなさい...速度はちょっと違うかも...)

しかし、Dutyの変化を比較すると...

f:id:hmsn_sts:20220323012849j:plain

ところどころに違いが見られる。

(機体が反時計回りに回る方向にDuty比が正の値になるようにしている。)

走行動画を示せてはいないが二次走行に関しては安定感が変わったように感じる。

(データを評価する方法を今後考えるようにする...)

ただやっぱり、インダクタ、タイヤの慣性モーメントについても考え評価する必要ありそう。

※あってんのかなこれ...????

学生大会の振り返り

どうもhmsn_stsです．

ブログあまりかけていなかったので，ぼちぼち再開できたらいいなぁと思い，今回はマイクロマウス学生大会の振り返りを行っていきたいと思います．

 

九州地区大会後から学生大会に向けての準備

12月に入って慌てて準備をしていました．

まずは機体の複製体

飛行機での移動であったり，現地での修理の手間を考えるとやっぱり自分はワンオペでまわす自信がないので，複製体を作成しています．

 

あとは，壁のパラメータ(閾値)の調整

九州地区大会では，探索でゴールは出来ていたものの，全面探索でこけてしまいました．実は閾値が前の機体の値のまま行っていたのでそこをもう一度調整しなおし...

あとは，ゴールするまではどうしてもこけたくなかったので，信地旋回を一部組み込むことにしました．

 

座標の公開後

(6,9)～(7,10)のゴール座標とのことだったので，マウスのホームページから過去問をあさっていました．過去問をあさっていたらどうやら2019の地区大会と同じ座標...学生大会の迷路がきそうだと予測していました．今回はキットをRTさんが配布を行っていて，初心者参加が多いことを踏まえると，学生大会の迷路がちょうどいいように個人的には見えました．(いや，地区大会の迷路があまりにも初心者向けではない...)

www.ntf.or.jp

 

大会二日前

前日入りの予定で，17(金)に対面の講義...　そのため，16(木)にノートPC(普段はデスクトップで開発しているので)の準備をして，必死こいて斜め走行の調整を行っていました．とくにv90とin135の部分に不安があったので(現在進行形ですが...)前距離，後距離，角加速度，角速度を調整していました．大会に持っていくもの(はんだごて，テスター，工具類，着替え，PC...)を準備していたら結局夜が明けて，学校に行くことに...

 

大会前日

幸いにも学校の最寄駅(徒歩50分のとこですが...)から福岡空港まで直通．問題は成田空港についてからでした...本当はリムジンバスで行こうかと考えていましたが，まさかのコロナで運休中...(ホームページをきちんと確認していなかったのがいけなかった...)．ってことで成田空港から本厚木駅まで電車で移動することに...成田の第3ターミナルから成田空港駅まで遠いし，京成電鉄で一時間，小田急で約40分以上，くたくたでようやく本厚木に到着しました．

 

大会当日

コロナ対策上，両競技を通じて多分最後に会場入りをしないといけなかったので，ホテルのチェックアウト後は駅のスターバックスで時間をつぶすことに...(約一時間)

youtubeで観戦していたら，やっぱり2019の学生大会の迷路でした...

11時30分過ぎに会場入り...

大盛況でしたね...(他の人たち若くね...とおじさんにはみえてしまった...参加者の中で高年齢の方に入る気はしている...)

調整用のブースも人が多くてびっくりしました．ですが，順番が最後ということで調整スペースは12時過ぎるころには人がはけ，しっかり動作確認を行うことができました．(にしてもあの調整用迷路，大会の迷路より難しかったんだが，他の人たちは大丈夫だったのだろうか...)

 

本番

(察してください). . . まぁできることやれればいいやと思っていました．探索はなんなくゴール．ゴール後の全面探索も櫛を突破でき，ちゃんとスタート地点に戻ってきた．(まぁ，重みづけマップとか作ってなかったので，今回の迷路ではあまり意味をなしてなかったんですけれども...)

あとは，二次走行...

2回目：直進加速のみ...

3回目：直進加速+斜め走行

4,5回目：直進加速+斜め走行の加速

5回目は走行前に時間を見たら残り7秒とかで正直焦りましたね...(間に合ってないけど...)

結果は”2位”．結果より斜め走行を本番で走れたことにとても満足しています．正直に言うと走れるとは思ってもいませんでした．(帰りのv90はよくこけなかったよなぁ...今でも不思議...)

 

優勝者さんのブログを見るとパラメータは全部二倍以上...www

2019年大会の結果を見ると自分は多分9位ぐらいの成績ですかね...

 

まだまだ"精進"しなければならないですね...

 

大会後，OOEDOの方たちとお話させていただいたのですが，やっぱりシミュレータの作成をしないといけないと感じました．

スリップ角，機体特性，etc...正直，実機を見てだけの調整ではぼちぼち厳しい気がしています．(タイムを求めるって意味のほかに開発時間も含めています．)

 

お礼

コロナ禍にもかかわらず，リアル大会を開催していただいた運営の皆様に感謝申し上げます．また，自分に声をかけてくださった方々ありがとうございました．来年参加することができれば自分から声を掛けられるよう頑張ります．

 

 

KKpmoからギヤが届くまで時間がかかったお話 (情報共有)

パラメータこんにちはhmsn_stsです．

この記事は，マイクロマウス Advent Calendar 2021 - Adventarの21日目の記事です．

昨日はYさんの”ショートカット走行中の自己位置推定について”でした．自分はマイクロマウス競技に参加しているので壁トレースに何か使えないかなぁと妄想を膨らませていました．

 

--ここからが本題--

今回はkkpmoでギヤが届くまでにものすごーく時間がかかったお話です．

 

マイクロマウス界隈でよく使われるギヤはモジュール0.5か0.3だと思います．m0.5のギヤはタミヤのギヤボックス等，比較的入手しやすいと思います．しかしm0.3の入手はハードルが上がってしまいます．入手先としてはミスミの加工部品もしくはkkpmoになります．ミスミについては個人で利用するのが難しいため結果的にkkpmoを利用することになります．  

kkpmoはポーランドにある会社です．

shop.kkpmo.com

 

kkpmoで配送方法をFlat lateにするとDeutsch Postを経て日本国内の配送業者(ヤマト，佐川，日本郵政)にわたって商品が到着します．

 

そこで，いつも基板を発注(Fusion PCB)するときに使う住所の書き方

※〇〇 〇(丁目)-〇(番地)-〇〇(号)-〇〇〇(部屋番号)，〇〇-Ku，〇〇(市)，〇〇(県)

でやっていたら...→2ヵ月たっても届かない...

kkpmoの問い合わせフォームから発注IDを送ると...

→発送済み...(えっなんで!?まだ来てないが...)

 

メールを送り、追跡番号が送られたのでこれをDHLのサイトや日本郵政の追跡サイトで確認すると...

「住所に不備あり」　→　...えっ!?

自分が住んでいる福岡の郵便局まで来ているのに送り返されていることが判明...

電話でDHLや日本郵政の集配所に電話してもどうにもならないということだったので

あきらめることにしました．(この時点で10月か11月...)

 

しかし年明け，こんなメールが...

 

「商品送ってほしい?　改めて住所を送って．」的なメール

 

いやぁ，正直泣きそうになりましたね．

5000円分の商品、学生にとっては大金です．

 

建物の名前(ローマ字)#〇〇〇(部屋番号)

〇〇 〇(丁目)-〇〇(番地)-〇〇(号)-〇〇〇(部屋番号)，〇〇-Ku，〇〇-City(市)，〇〇(県)

で送り返しました．(もちろん郵便番号も送っています．)

 

そして3月

 

やっと商品が届きました．

で郵便物の住所を見ると，なぜか丁目番地号が後ろに...(ほんとなんで!?)

中の書類はメールで送った住所になっていました．

Dutche Postの処理があれなのか?よくわかりませんがこれが届かなかった原因ですかね?

届くまでに約半年...

 

ということで今回学んだことは

ちゃんと建物の名前も含めきちんと住所を書きましょう．

 

今回のような件の対策として，kkpmoを利用しないという考えもあります．

例えば...

1.アラオカを利用する．

2.dmm3dプリントを利用する．

3.ショップ(RTロボットショップ、ミスミ...)で購入

4.自作する．

といったことが挙げられます．

 

アラオカで発注するときはメール等でやり取りが必要ですが，かなり精度よく作っていただけます．ただし，学生にとっては少しお高い.　(ギヤ付きホイールなら一つ，4000円~のイメージ．オーダーメイドで作っていただいているのでかなり良心的な値段らしいです．by K峰さんより...)

dmm3dプリントで作成したギヤは埃が歯の間につきやすい印象が個人的にありまが、使えないことはありません．また，ピニオンギヤや特定の歯数のm0.3ギヤであればrtロボットショップ，インドアエアプレーン等からでも購入できますし，CNCがあれば自作するといったことも挙げられるでしょう．

 

 

明日はSHIMOTORIさんの「GazeboとSimulinkでロボトレーサをシミュレーションする話」です．個人的にマイクロマウスを”モデルベース”で開発したいと思っているのでとても興味のあるお話！楽しみです．