2025-12-20

hmsnなりのマイクロマウス用内歯車作り方

この記事はマイクロマウス Advent Calendar 2025 - Adventarの20日目の記事です．
昨日の記事はReroのノムさんの記事でした．Rero軍は競技慣れしている方が多い印象でこういったアドカレを使った情報収集も戦略の一つなのかもしれませんね!!

今回は私のマイクロマウスで用いたエンコーダスリット付内歯車ホイールの作成方法について紹介いたします．なお，私は電気電子系の人間で機械科出身でないです...適当に調べてやったことをまとめてます．

なぜ内歯車なのか?

メリット

二輪マウスの場合モータを回転中心近くに配置できるため，慣性モーメントを小さくできる．

デメリット

内歯車の設計(ピニオンとの間隔，歯車そもそも)が大変
入手性が圧倒的に悪い．
メンテナンス性が悪い．(ピニオンすべりが生じるたびに分解が必要)

作り方

内歯車CADデータ

内歯車のCADデータは以下を参考に作成しました．

involutegearsoft.hatenablog.com

ピニオンギヤとの歯車間距離は以下のKHKのツールを用いて計算します．
(ユーザ登録が必要です．)

www.khkgears.co.jp

以下のCAD図のように歯車同士の干渉がないかを確認します．

ホイールの作成

下図に準備物を示します．ホイールとギヤはCNCにて作成しました．スリットは流行りのPCBサービスのステンシルです．ファインシャットはAMAZONにて購入することができます．この時ホイールとギヤにはそれぞれ4か所に凹凸を設けています．こうすることで張り合わせの位置合わせが容易になります．

ファインシャットとステンシルスリットを張り合わせます．
水に中性洗剤を少量いれ合わせ乾燥させます．
ファインシャットをはんだごてにてカットします．
ホイールとスリットを合わせます．
ホイールとギヤの凹凸に合わせて張り合わせ完成です．

エンコーダICの配置

エンコーダIC(NJL5820)の配置は下図のようになります．

最後に...

今回は，自分なりのエンコーダ付き内歯車ホイールの紹介をさせていただきました．
まだまだ，この機体はマイコン，モタドラIC，モータと変えたおかげで制御しきれていないので，性能を発揮できていませんが，九州では2秒台で走っておりポテンシャルはあります．(全日本はどっちで出るんだろう...)

明日はUnderBirdさんの" 色々初めてを経験したなぁを書く予定"だそうです．
同級生(多分...)，社会人(二年目...?)＆Youtuber(?)の方の記事楽しみにしております．

2024-12-08

今シーズンの大会の振り返り．(マイクロマウスAdventカレンダー2024)

どうもhmsnです。

昨日はtanutanupさんによる「エンジニアにおすすめする教養本+α」でした．

自分自身，小さいころから本を読む習慣があまりなく"読書力たったの5"もありません．
この頃，申請書を書くことが増えており，自分の日本語力・伝える力のなさを痛感することばかりです．おすすめされた本はぜひ読んでみて，読書を通じて教養とともにその辺も吸収出来ればと思います．

マイクロマウス Advent Calendar 2024 - Adventar(1) 8日目の記事として
今年度参加したマイクロマウス大会の報告と開発のお供になった冷凍食品について紹介させていただきます。(Adventカレンダー1日目の方に冷凍食品紹介しろと言われたため)

参加した大会の振り返り

今年度の戦績

・デンソーカップ：マイクロマウス競技 32x32を探索のみ成功(proto-type7 ver.2)
・関西地区大会：マイクロマウス競技 7位 3.740秒 (proto-type7 ver.2)
・九州地区大会：マイクロマウス競技 3位(製作者順) 2.435秒 (type7)
・学生大会：マイクロマウス競技 2位 1.799秒 (type7)

デンソーカップではこれまでタイムを残すことができなかった32x32で探索のみ成功できたのはかなり大きかったです．関西地区ではk島さんをはじめ上位層との近いようで遠い0.2秒差で複数ポイントラインを切ることができませんでした．九州地区ではk島さんが5~6年ぶり(?)に参加されるとのことで0.2秒差を詰めようと頑張りましたが，0.6秒差に拡大してしまいました(どうやら宇宙は思った以上の速度で膨張し続けているようです．)．学生大会は剛性があるマシーンを作ったkくんに0.3秒差をつけられて2位と...

出走したマシーンについて

type6

0.4mmの基板を採用することで軽量化を狙い，4000deg/sのジャイロセンサ(lsm6dsrx)を搭載し，2Ωのモータを搭載することでより高速な動きを目指したマウスです．もともとは2Sを搭載するためにDCDCコンバータを搭載したマシーンでしたが電源回路が安定しなかったため，LDOに付け替えたマシーンです．
1Sのマシーンとは言いつつも，運用2年目を迎えて徐々に早くなりつつあり，
最高加速度は20m/ss，ターンも最高速1.6m/s(大廻90，180)を出してくれるマシーンです．

proto-type7 ver.2

NJL5820を採用したマシーンです．エンコーダをどのように製作しているかは自分の過去のブログに簡単にまとめていますので，参考にしていただけると幸いです．type7の試作機(prototype)として作成した機体です．試作機のため値段の張らない0.6mm基板，4Ωモータを採用しています．
作成したのは2023年10月頃，1~2月ごろにアップデートを行いましたので，ver.2とついています．この名前が思ったほか不評でした(type7と順番がどっちなんだ？わかりにくい!!と各所で言われちゃいました...www)．複数台作る方は某クワガタ act. A~Iのようにわかりやすいナンバリングをしましょう！！

type7

proto-type7の失敗点(前壁センサ配置)，基板の厚みを0.6→0.4mm，モータを4Ω→2Ωと変更したマシーンです．2024年9月ごろ完成し1ヵ月後には九州地区でそこそこ走れるようになりました．proto-type7はもともと基板厚が0.6mmから0.4mmに変更しても問題がないように設計しており，マイコンのピン配置も一緒のためある程度走れるようになるまではそれほど時間がかかりませんでした．

マシーンの回路について少し...

type6，type7では電源基板を別にしています．理由としてははんだ付けにミスしていた場合DCDCから意図しない電圧が出力されるためです．そのためDCDCコンバータは事前にはんだ付けを行い，出力を確認後マウスに取り付けています．
また電源コネクタ付近に別基板を配置することでその周囲は補強される効果も狙っています．電源コネクタは抜き差しが多く，基板がたわんではんだクラックが生じやすい部分です．このような配置にすることでクラック発生のリスクを低減させる狙いがあります．(重量はかさんでしまいますが...)

自分の走行について

最短走行時のターン速度や直進の加速度は上がっているものの，探索を安心してみることがまだできていない状況です．その点が最短走行の安定性にも直結し，5走の中でRが二つ以上もついてしまっているようにも思えます．
マウス十則にもあるように全日本大会に向けては探索の安定性(これは結構いろんな要素がある)を向上させていきたい所存です．

開発のお供

開発のお供には，Python・MATLABを用いてのシミュレータや，最近だとchatgptを用いてプログラムのたたき台を作ってもらうなどいろいろあるかともいます．自分は下記の図のような形でやっています．

ただ，空腹状態だとやる気が起きない(だから太る)ので今シーズン(いやいつもですが...)お世話になった冷凍食品まとめておきます．

こんな感じで麺類多めです．冷凍チャーハンや唐揚げも時々買いますがなかなか自分好みのモノが見つからないです．
開発を自宅でやっていると家に引きこもりがちになります．どうにかしてもうちょっと外に出るようにしたいです．

最後に

なにかしらの技術tipsを書こうと思っていましたがまとめきれず，雑多をまとめただけの記事になってしまいました．(2)のどこかの日程でまとめれたらと思います．

翌日はF.nakashimaさんによる"何かかく"です．自分が生まれる前からマイクロマウス競技に参加されている超ベテランさんの記事すごく楽しみです．(何を書かれるのでしょう!？)

2024-02-24

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。

2023-12-22

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!