カテゴリー「研究」の記事

ですまーちはじまるよっ!!!   ( ´・ω・`)・・・

久々にやらなきゃいけないことリスト
僕の仕事はハードウェアのみ(のはず)です.
じゃんじゃん倒すぞ!

・3軸モジュール(腰)の設計
・駆動シャーシの設計
部品発注により変更困難
C.部品の発注
A. 全パーツのアセンブル確認.手直し.
B.アセンブル(組み立て)のマニュアル作成.
 設計思想もある程度書いておく必要があるかも.
 卒論で使えるかもしれない.

・加工不能な部品の選定, 工場への発注 一部済み 全部(?)済み

部品入荷待ち 部品キターー!

・加工可能形状か見直し
システム全体の構成.
 僕もバックアップ案を考えないとデスマーチ確定.
なんとかなる.
・上半身のセンサ取り付け位置の詳細決定.高さ何mmの位置に取付けか決めたい.
 たぶん僕が決めるのだと思う.
 外装デザインのスケッチを持参して,
 ミーティングのときに意見をもらおう.
適当で大丈夫.

・バッテリー,パソコンの搭載位置.なるべく低い位置に付けたい.
 パソコンはマザーボードを上半身に取り付ける.ATXでOK?
 思い出した,放熱設計も僕がやるんだった.
PCの構成決定済み.

・タッチパネルインタフェースの実装方法,どう取り付ける?
 ATXのマザボに接続する配線計画も必要だね.

→同じ箱に収めるのでいい加減でOK.

・上半身のデザイン だいたいOK.凝らなくていいと思います.
・上半身の設計
 配線,搭載スペース,メンテナンス性,拡張性,防水,放熱
 これらをすべて考えて設計.

配置等が決まったよ♪後はメンテナンスと防水を詰めるだけ!

 仕様がほとんど決まっていないかもしれないので,
 設計が進められない・・・
 いちおう僕が仕様をまとめられるように準備だけしておく.
 必要な仕様をリスト化すればいいのかな?
 もうすぐ仕様が決まるよっ♪
アームの設計(自分の研究)
 すごく大事,9月には取り掛かれるといいな.

11月くらいに設計開始出来るといいな.
 

・アームの制御.
 やらなくてもいいなんて事にはならないかなぁ.
 そういえば制御ってソフトだね.ハードじゃないね.
 電流検出回路もまた組まないといけないのかなぁ?

・全体の防水設計.ホームロボットですが,なぜか防水が必要です.防水?なにそれおいs
・各パーツの図面作成(あくまでもお手伝いとして)

下半分,図面完了!わぁい!

・仕上がった図面の仕上げ,寸法公差記入(部品が届いてから)ほぼオシマイっ!
下半身の外装設計
 塩ビ板で適当に包めばいいと思う.外装なんて要らないんじゃないかな.

DC-DCの電源回路は誰がやるんだろう.俺・・・? まさか・・・.
 アージ,FX-6,CPU,GPS,ジャイロ,加速度,
 いろんな種類の(ノイズの無い)電源が必要だね.

・加工してもらった部品の組み立て.
 設計した人が付いていないと変な組み方になると予想.
・不具合を解決
 設計ミスが一つでもあれば,頑張って僕が修正する必要があります.(8月21日)しばらくの間,張り付いてないと厳しいかもしれない.(8月24日)思ったよりここの作業量が多い.

 

集中加工期間は10日しかないけれど,これらの部品全てが10日で出来るわけないと考えるのは僕だけでしょうか.

→ 終わらない分は,外部の工場に発注するらしいです.(ホント・・・?)

莫大なお金がかかるけど一切問題無い(らしい)です.さすがBOSS!

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学会用の原稿

学会発表の原稿作成,一区切りつきました.
自分の無力さを感じます.要はやる気次第なんだけどね.

大学に3年間もいるっていうのに・・・
恥ずかしい話です.

卒業研究はしっかり書けるようにしないとね.

 
 

これで6月の学会発表までは就職活動ができます!
・・・と思いきや,今の時期ほとんどエントリー締め切ってきています.


 

どうする俺!? ( ´;ω;`)ブワッ

頑張るしかないよね.努力と根性でたいていなんとかなる!・・・・ はず.

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モーター比較実験

Moter

誉モーターと,MICRO-2BBMGの内臓モーターを比較実験しました.

停動時の電流
誉   0.8A
MG 2.5A

もとから入っているモーターのほうが,電流を消費する分ハイパワーです.

最小起動電圧
誉   0.1V
MG 0.3V
ほとんど変わりません.

比較してみてわかったのですが,
MICRO-2BBMGのモーターって,すごく優秀です.

制御特性抜群! というモーターではありませんが,
しっかり動いてくれます.

実装する前の実験って大事なんだね.

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新規技術

だいたい半年間の研究成果です。
特許をとるつもりは無いので、全世界に配信します。

どんな研究かというと、

「二つのモーターを使って、モーターの出力を上げちゃおう!」

という内容です。

複数のモーターを使ってダイナミッ クレンジを広くする研究はすでに行われていますが、

同一軸上にモーターの出力をまとめている研究

サイニーで論文をざっと調べた限りでは初の試みです

Cimg0875 上から

Cimg0878 したから

Cimg0880 右?から

Cimg0882  左から

Cimg0885 制御システム全体

 

 

当たり前だよ。2個のモーターを使えば出力も2倍になるよね。と思いますが、そうではありません。

同じ出力のモーターでも、それぞれの減速比に差をつける事で、

「高速・低トルク」、「低速・高トルク」のモーターユニットを用意します。

今回の提案では10倍ほど減速比に差を設けました。

それぞれのモーターユニットの出力を1つの軸にまとめる事で、

二つのモーターの出力を足し合わせます。

→高トルクのレンジと高速のレンジを抜き取ります。

それぞれ得意分野を任せようということ。 

 

ここで問題が出てきます。

スピードは素直に足し合わせることが出来ますが、トルクは足し合わせできません。

「モーター+減速機」の構成は、バックドライブという現象が起こります。

バックドライブとは

減速機からの出力シャフトに掛かっているトルクが、ギアトレインを通じて

モーターへと伝わってしまうことです。

通常、減速比の小さいギアモーターほどバックドライブしやすいです。

つまり、

二つのモーターの出力軸をまとめ一関節と見立てたた場合

高トルク側のモーターは減速比が大きいため

関節トルクがモーターまで伝わる頃には、負荷トルクが減衰します。

対して

高速回転側のモーターは減速比が小さいため

関節トルクがほぼダイレクトにモーターに伝わります。

 

コレによりなにが起こるか?

モーターにはそもそも、「何kg・cmまでの負荷までなら停動できますよ」

という限界があります。

高速回転ユニットは、高トルクユニットよりも

モーターが大きな負荷を負担することになります。

結局、モーター出力を一つの軸にまとめてしまうと

高速回転モーターが負荷負けして使い物になりません。

 

そこで

高速回転ユニットの出力にウォームギアを採用しました。

これで高速回転ユニットのバックドライビリティを無くし、

高速回転・高トルクの関節として扱うことができます。

動画

低減速比モーターのみの動作

高減速比モーターの封印解除! 

トルクの補完だけではなく、上手く角度協調も行う。

 

 

以下、新規性のある(?)各要素の解説

 

①引数を一つにすることで、一つのサーボモーターとして扱うことができる

いたずらにたくさんのモーターユニットを使うと、制御が大変になってしまいます。出力軸を一つにまとめることで、一つのサーボモーターとして扱うことができます。個人的に欲しいです。どこか製品化してくれないかな?

ここでは二つのポテンショ値を上手く混ぜています。非線形制御&要素関係が絡み合ってるので、ブロック図で示せたら面白そう。MATLAB様カモ~ン。

まとらぶ&しむりんくで制御シュミレーションする~~。

高速側の角速度をZ変換して、高トルク側の角度目標値に反映させています。

離散時間系変換~!(ドラえもん風に)

動力ユニットとして扱いが簡単になるので、利点のある新規性と言えます。

 

関節角度を指定すれば、自動でポテンショ角度の目標値を分配し、負荷状況に応じてドライブモーターを切り替えます。

(モーター出力を1軸にまとめたからこそ出来る制御)

 

②ウォームギアの負荷特性を考慮し、最適な動作レンジ内で使用する。

今回使ったのは、協育歯車の鼓形ウォームギヤです。

Cimg0852 図.ウォームギアってなあに?

英語でワームギアと読むんだね。ムシムシな感じです。スラスト加重が凄まじいことになるので、テフロンワッシャを採用し、ウォームを両持ち構造にしています。

※両持ち構造にすると、固定端のモーメント加重を相殺し、中心にかかる負荷(ウォームとウォームホイール)を八分の一にしちゃう! (計算式は略)

Photo 図.両持ちの為反対軸に穴があります。

ヽ(´▽`)/  ウォームギアは両持ち構造がマストだと思うんだ。

 

ウォームギアは効率が悪いって良く効きますよね。

半分正解です。言葉足らずなだけです。

恐らく↑は、ロボコンなどで実際に使用した人の感想です。一概にはそうとは言えません。

 

物理公式で証明してみましょう。

F=μN  ・・・動摩擦による力、

つまり回転を阻害する力Fです。こいつが効率を悪くする原因です。

μは摩擦係数。グリスを塗ればつるつるになって、摩擦係数も小さくなります。定期的にグリスを塗っていると仮定すると、μは定数と見ることができます。

N(垂直抗力)は何にあたるでしょう?ウォームギアの負荷トルクそのものです(正確には垂直効力の関数が負荷トルクです)。見えてきましたね。

ウォームギアの効率と負荷トルクは反比例の関係です(※理論値ですけどね)。逆を言えば、負荷トルクがほとんど無い状態では効率がとてもいいです。バックラッシュも少ないので、悪くないですね。さらにウォームってかみ合い部分が円形なので、応力的にみても大きな力を支える事は得意です

負荷トルクが小さいときは効率が良い。大きな力を受け止めることができる。今回の用途にはハマリ役です。

ウォームギアは効率が悪いので使わない方がいい。そんなことはありません。時と場合によって、適切に使い分けるのがモアベストです。話が長くなっちゃった・・・

設計上達のコツ、まずは要素技術を知ること!

 

③制御振動を自動で吸収する

高負荷=高速移動時の慣性なので、収束時の制御トルクも高トルクモーターが負担する。高負荷のときのみ高トルクユニットが動作するので、高トルクユニットがバネの役目をし、関節ユニット全体の振動性が減少しました。(言葉じゃ説明しにくい・・・。)

実機検証をしているときにふと感じたので、思わぬ誤算です。理論的に完全に解析できていないので、データをとって数値検証する必要があります。

あっ・・・ 追加実験しなきゃいけないのかぁ OTL

 

④負荷電流を検出する事を利用し、モーターそのものにも電流制限をかけてあげる。

サーボモーターってただでさえ制御振動で電流を消費するのに、負荷がかかったらものすごく電流を消費します。4.5Wのマクソンなら4Aくらい。あっちっちーです。

そこで、定格電流0.5Aを少し超える0.8Aまでに収まるように電流フィードバックをかけます。負荷検出の閾地を0.5Aとすれば、負荷検出と電流制限が両立できます。

 

 

 

こうして洗い出してみると、3つ新規性がありますね♪

新しいもの好きな私にはたまりません。

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オシマイっ!

「年内に制御終わるよね?」とBOSSにニッコリ言われたので、
年内に終わらせる事が出来るように頑張りました。

今日午後、マクソン先生を迎えに秋葉原まで行きました。
今日夕方制御終わりました。

maxon様、特性良すぎです。
制御がとてもイージーでした。まじチートだwww
あっけな過ぎてちょっと笑ったwww

ゲインとか閾値がいい加減でも、
空気を読んで頑張ってくれる。お高い訳だ・・・

研究により完成したユニットは、なかなか実用的です。
機構とソフト(制御)を詰めれば、とても実用的なもの。
まだ公開しません。

思いのほか開発が早く終わったので、まとめる時間が多く取れそうです。
良い発表にしたいな。

 

そうだ、
前に言っていた回路の写真を添付します。

Cimg0830 3chモータードライバ(表)

Cimg0825 3chモータードライバ(裏)

ON抵抗が10mΩほどのFETを使用しているため、10A流しても1Wの発熱。

2,3A程度なら、発熱さえしない。回路的にもなかなかの完成度です。

貫通防止の遅延回路も入ってます。

Cimg0827 電流検出モジュールです。

Cimg0823 裏面。LCDへの配線はなかなか美しい仕上がり。

電流値を測定したら、シリアルでデータを送ります。

制御に使うので、通信速度が大事。

→キャラクタデータではなくバイナリデータとして扱いました。

単純計算で256倍のデータ量になる。

123をキャラクタで送ると3BYTE。

バイナリなら1BYTEに収まります。・・・あれ?

256倍にはならないね。

バイナリとして扱うので、プロトコルは自分で決める必要があります。

使わないだろうと判断して、数字の0を終端フラグとして扱います。

と、言葉で言ってもなんのこっちゃなので

近いうちにソースも上げたい。

他人にわかるように綺麗にまとめると、かなり身に付きます。

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