マウス設計6月29日（配線やりなおし）

マウスの配線作業が上手くいかず。
マイコンの向きを斜め45度に回転させることにした。
それによって、最適なピン配置も変わってきたので、結局配線は全部やり直し。

横幅が狭い基板を作るときに、マイコンなどのQFPを0度に配置するとマイコンの横から出ている配線を前後に引き出すだけで一苦労。
そこで、45度回転させておくことで、配線が楽になる。

このことは、過去にマウスの設計をしたときに経験したはずなのに、時がたつと忘れてる。怖いなぁ。

仕方ないので、明日からまたがんばろう。
今日はもう気力的に駄目だ。

マウス設計6月27日

・部品変更

25日の記事で、小さいスピーカーが無いということを書いたが、ネットサーフィンをしていたらkatoさんのegg torteで小型のスピーカーを使っているのを発見した。
型番はSMT-0540-S-R。
かなりスペースに余裕ができた。

同じく、こじまうす7の回路図を見ていたら小さなパワーインダクタを使っているのに気づいた。
型番はvlcf4018。
今回はパワーインダクタは使わない方向なのだけれど、今後のためのメモしておく。


・部品配置

MPU6500の２つが、マイコンの近くに配置しているので配線が難しい。
そこで2つとも3mmほど離すことにした。
加速度センサとして有効活用するためには、機体の回転中心からの距離を等距離に保つ必要があるので、数値入力を使って正確に移動。


・配線作業

地道にアートワークをすすめる。
配線は短いほどいいと思うが、viaを使って層の切り替えを行なう場合、込み合っていると配線の自由度が減る。
なので、あえて遠回りして、スペースに余裕があるところでviaを使うことで案外美しく配線できる。

マウス設計6月26日

・アートワーク

昨日の続きで、ハーフマウスのアートワーク。
とりあえず、マイコンを90度回転させて、その上で、一部マイコンのピン割り当ても変えることにした。

そしてあとは黙々と作業。

アートワークは本当に、アートの世界なので、センスの無い自分には難しい分野。
（まぁ、得意分野なんてないのだが）
アートワークのノウハウって、あまりネット上でも公開されていないよね。
プログラミングのtipsとか、定番回路とかはネットを探せば色々出てくるけど、アートワークは少ない。
配線インピーダンスがどうこうとか、マイクロストリップラインがどうこうとか、難しい話しはあるけれど、小さい基板に配線が込み合っているときに便利な小手先テクニック集とかあると便利なのに。

一日中アートワーク作業をやったけど、終わらず。
主要な信号線は終わったけど、デバッグ線と電源が手付かず。

マウス設計6月25日

昼からテニス4時間、夜は飲み会なので、今日の設計は午前中のみ。

・回路構成の変更

機体の回転中心にMPU6500を載せてしまうと、マイコンは基板上の前か後ろに寄ることになるが、そうすると配線が綺麗にできない。
すこし悩んだが、マイコンを機体中央付近に配置し、MPU6500は2つ載せることにした。
MPU6500を2つ載せるときの配置については、まついさんのblogで考察されているように、回転中心から等距離になるように前後に配置。
マイコンは64ピンのを使っているので、SPIに割り当てるIOは余裕がある。


・スピーカ回路追加

走行中の動作確認がLEDだけだと大変そうなのでスピーカー回路を追加して音デバッグが出来るようにする。
思いつきで決めたので、動作確認はしていないが、トランジスタでPWM駆動すれば適当に音は鳴るだろう。
思ったように小さいスピーカーが無い。5mm角くらいのを期待していたが無かったので、秋月の8mm角スピーカーUGCT7525AN4にする。


・配線開始

アートワーク設計は通常、電源ラインから行なうべきなのだけれど、私は信号線から始めてしまう。
MPU6500とモータドライバの配線はすんなり出来たのだけれど、壁センサ周りの配線がうまくいかない。
基板の前面に壁センサがあるのに対して、マイコンのピン割り当ては横方向になっているので、引き回しが遠くなってしまう。
しかも、途中でモータマウントを固定するためのネジ穴とか、配線禁止エリアがあるのが難しい要因。

マイコンのピン割り当てを変えるか、マイコンの配置を90度回転させるかを悩んでいるところで時間切れ。

マウス設計6月23日

・EAGLEライブラリ作成（足回り）

今日は治療院で膝と肩の治療を行なったので、連続した時間がとれず。

EAGLEでモータマウントのライブラリを作成した。
去年まではモータマウントの右用・左用でライブラリを別に作って、EAGLEでレイアウトを考えながら左右の位置関係を決めていた。
今年は先に機械CADで足回りの設計を行なったので、その寸法どおりに作成。
EAGLEは電気系CADなので、モータ足回りなどの機構系は機械系CADで設計を行なったほうがやりやすいと感じた。

・部品配置検討

機構系の設計が出来ているので、機体の回転中心は既に決まっている。
回転中心にMPU6500（ジャイロ・加速度センサ）を配置する。
あとは、機体後方に電池を載せるので、そのためのスペースを確保（実際には電池は底板に載せる）。

続いてはセンサの位置決め。

前壁センサの位置は車輪の前方でいいと思うのだが、問題は横壁センサ。
横壁センサの壁に対する角度をどうするかで、制御のしやすさが変わってくるだろう。
とりあえず、機体の回転中心が迷路の柱と柱を結んだライン上にあるときに、前方区画の横壁の中心あたりを読めるように角度を決めてみた。
あとのことは、実際に動作を見ながら出ないとなんともいえない。

EAGLEライブラリ作成（DRV8835）

ちょっと集中力がなかったので、EAGLEでDRV8835のライブラリを作って終了。

DRV8835でモータ駆動

随分前にスイッチサイエンスで購入したDRV8835基板が出てきたので、モータつないで動かしてみた。

スイッチサイエンス（DRV8835）
https://www.switch-science.com/catalog/1637/

STbee F4miniのTIM8のポートにDRV8835基板を接続し、ハーフマウスで使うMK06-4.5をまわしてみた。
DRV8835のモードピンはデフォルトの0。
適当なプログラムなので、停止状態から動き始めるところで少し可聴音がしたり動きがスムーズでなかったりしたが、普通に動いた。
PWMのDuty50%でも、それなりのスピードが出たので、性能的には問題なさそう。
このDRV8835はピン配置が素直なので、基板レイアウトが楽に出来そうなのがうれしい。
（前に使ったMPC17C724はピン配置が使いにくかった。）

MK06-4.5サイズの小さいモータを使ったのは初めてなので、こんなものかもしれないが、トルクが小さい気がする。
ギアで変速して回したタイヤを指で軽く押さえたら、回転が止まってしまうくらい。
まぁ、ハーフマウスは重さが20gくらいだろうから、大きなトルクはいらないのだけれど。


・プリンタ復活

黒が出なくなったプリンタのプリンタヘッドを取り外して、常温の水を使って洗浄したけど直らなかったのでほぼあきらめていたのだけれど、駄目元で40℃くらいのぬるま湯で洗浄してみた。
すると、まったく出なかった黒がかすれ気味ながらも9割くらい出るようになった。
そこで、プリンタで強力クリーニングを実行してからノズルパターン印刷をしたところ、完全に復活しました！
ぬるま湯を使うことで、プリンタヘッドの中で固まっていたインクが溶けたのだと思う。
壊れたと思ったものを修理できたので、超気持ちいい！

ハーフマウスについて考える日

板マウスをやめてみようと考えてみる。

・板マウスのメリット
　１．重心が低い
　２．構造がシンプル（部品点数が少ない）
・板マウスのデメリット
　１．基板裏面に部品を実装しにくい。（床に接触してしまうため）
　２．基板表面も実装の制限が多い（モータマウント部分、電池部分など）

・板マウスに対して、天地マウス（適当に命名）を考える。
　ちょうど、板マウスを上下逆にして底板を追加するイメージ。

・天地マウスのメリット
　１．基板の両面に部品の実装が可能
　２．電池を配置するときに、電池の下の部品を気にすることがない。（底板の上に設置の場合）
・天地マウスのデメリット
　１．重心が高くなる
　２．天地基板の固定が必要（部品点数の増加→重くなる）

スピードを競うくらい早くなった場合、天地マウスのデメリットは致命的になりそうだが、
初めて作るハーフマウスで、まずは動けばいいくらいの場合、天地マウスのメリットが
生きてきそうだ。
板マウスから天地マウスに設計変更。

■ホイール径を変更
これまで、ホイールにタイヤをつけずにギアのかみ合わせなどを確認していたが、車軸にギアとホイールとタイヤを取り付けて動きを確認しようとしたところ、モータの軸がタイヤに接触することが判明。
設計時にタイヤの厚みを考えずにホイール径を決めたのが原因。
ホイール径を大きくするとモータ軸に接触してしまい、小さくするとギアのほうが大きくなるためタイヤが接地しない。
バランスが難しいところだ。
モータ軸を短く加工するという選択肢もあるが、ホイール径を1mm小さくすることで対応。
図面を修正してkitmilで切削。

■モータマウントの高さを変更
ホイール径を小さくしたことで、機体の底面と路面との距離が狭くなってしまったので、モータマウントの高さを2mm小さくした。
ついでに、上下の基板との固定方法を変更した。
これまではマウントにM2のネジをつくって固定しようと思っていたが、自分の加工スキル的にタップでネジきりが難しそうなので別の方法にした。
それは、M2のナットをマウントに埋め込む方法。
kitmilでM2ナットの外形と同じ大きさの丸穴をあけて、エポキシをつけたM2ナットを取り付ける。
エポキシが少し多くつけてしまって、M2ナットのネジ部分まで入り込んでしまった気がする。
固まるのをまって、ネジ締めができるか確認が必要。
それと、M2×長さ2mm程度の低頭ネジも必要。WILCOで購入しよう。

■プリンタの黒色（顔料インク）がでない
マウスに関係ないが、自宅で使っているプリンタ（MG-6230）の黒が出なくなった。
カラー印刷は出来るのだが、顔料の黒を使う文字の印刷やモノクロ印刷が出来なくなった。
カラーインクを使ってモノクロ印刷を代用できるのだが、印刷が遅い。
インクがなくなる頃を見計らって、新しいプリンタに買い換えようと思う。

STM Studio

STbee F4mini にMPU6500基板を取り付けて、動作確認。

デバッグしやすいように、変数のモニタ用にSTM Studio をインストールした。

XYZ各軸の加速度と角加速度を表示させてみた。上の図は、MPU6500基板を平らなところに置いて、Z軸をまわしてみたところ。
Z軸の加速度は常に重力が加わっているのでプラスの値をとる。Z軸の角加速度は時計回り、反時計回りにまわしたので、値がプラスとマイナスに振れている。

ソースコードデバッグより、変数デバッグのほうが直感的でいい。

磁気センサ確認

・SDカードが物理的に壊れたので、microUSBをamazonで購入して、データの移行。

・磁気センサ冶具
　C型基板にAS5040の変換基板を垂直に立て、余白スペースに小さなブレッドボードを
　貼り付けて、AS5040の信号をつないだ。

・磁気センサの動作確認
　M2ネジの先端にM2ナット、磁石ホルダ、Φ5磁石、Φ5鉄スペーサを取り付けて、
　AS5040の上で回してみた。
　回転することで、信号が0Vと3.3Vを繰り返すことをテスタで確認。
　
・課題
　AS5040の信号をオシロスコープで確認。位相も。
　AS5040の位相出力をSTbeeF4miniで受ける。左用と右用の2chでそれぞれ確認。

モータマウントの製作1

・モータマウントの製作
 モータと、車軸保持用のベアリングを取り付けるためのマウントを設計。
 モジュール0.3の9枚歯車と48枚歯車を使うので、そのピッチ円距離を離した穴を二つ空けるだけ。
 バックラッシュを0で製作したら、歯車が回るところと周りにくいところがある。
 回りにくさにバラつきがあるのは、どこかが偏心しているからだろう。

 バックラッシュとして中心距離を0.05mm離してマウントを再製作。
 回転は少し軽くなったが、やはりまだ回りにくいところがある。根本的な対策が必要なようだ。

 ホイールに48枚歯車を取り付けている箇所で、一部歯車がゆがんでいる感じがするので、多分そこだろう。
 歯車にあいている6個の穴と対になるようにホイール側に凸部をつくっているがそこの寸法が合っていない感じ。
 ギアの図面は無いので現物あわせでやっているので、仕方ないのかもしれない。
 ホイールとギアをキチンと接着すれば、この凸部は必須ではないので、無しにしてホイールを再作成するか。

・車軸とベアリングの締め付け
 車軸をベアリングに固定する際にナットで締め付けると回転が渋くなる。
 アニキが指摘しているようにテーパカラーを使えばいいのだろうけれど、M2用のは見つからない。
　要するに、ベアリングの内輪と外輪に同時に接することのないようにすれば良いのだから、代替部品を探そう。

・今後
 歯車とモータを追加注文しよう。
 バッテリ関しても確定させよう。
 磁気エンコーダの動作確認。

磁石ホルダの切削1

磁気センサ用の磁石を取り付けるための磁石ホルダの製作。

　M2ナットの対角距離は通常4.6mmなので、その値を使用。
　磁石は5mmを使用。少し大きい。
　磁石の周りに取り付けて磁器漏れを防ぐ鉄スペーサは内径5mm、外形6.3mmのものを使用。
　磁石ホルダの肉厚は1mmで設計。

　厚みの関係で、Φ1mmのエンドミルが使えないので、Φ2mmのエンドミルを使用。
　30分ほどで切削終了。

 現物あわせを行なったところ、M2ナット部分はガバガバで、鉄スペーサ部分はキツキツだった。
 M2ナットに関しては、ノギスで実測したところ、対角距離が4.3mmしかなかったので、現物に合わせて設計値変更。
 鉄スペーサに関しては、適当に0.1mm大きく設計値変更。

 再度切削。
 現物あわせでOKそうなので、もうひとつ作成。

マウス用ホイール切削2

ホイールの裏面加工に挑戦。
まずは、POM板にホイールの凸形状に合わせた凹形状を切削して、そこにキッチリはめて切削しようと考えた。
ただ、実際に加工してみると小さい6個の凸形状部分がはまってくれなかった。
原因を追究するのも面倒なので、そのまま両面テープで固定して切削することにした。
両面テープの接触部分が少なくて不安定な感じが気になったが、とりあえず切削してみる。
Z軸の原点位置は、POM材表面から、ホイール裏面までの高さをノギスで測定し、それに合わせてUSBCNC上で設定した。

最初は普通に切削が出来ていたが、途中で両面テープが負けて、POM材からホイールが外れてしまった。
1本しかないΦ1mmのエンドミルが折れなかったのが幸い。

両面テープが駄目なら普通のセロテープで固定する。
考えられる方法は二つ。
１．切削面を含めてホイール裏面全体をセロテープで固定する。
２．切削しない箇所のみをセロテープで固定する。

材料の固定という点では1番が良いが、セロテープの粘着部分をエンドミルが通過するのが気になる。
粘性によってエンドミルに余計な力がかかって折れてしまっては無くしかない。
折れても良いようなジャンクエンドミルが入手できたら試してみてもいいが、今回はこの方法はとらない。

なので、2番。
ホイールの肉厚は1mmにする設計なので、ホイール外周1mmの部分にセロテープがかかるように4辺を固定する。

この方法で問題なく切削が出来た。

ギアの追加工1

モジュール0.3のギアの追加工。
中心軸をΦ2mmに拡大。2段ギア（？）の小さいほうの高さをt=0.5になるまで切削。
切削中のギアを固定するための冶具をPOMの板で製作。
といっても、POM材に大きいほうのギアの外形と同じ大きさの溝を掘るだけ。
ギアをその溝に取り付けて、切削しない箇所をセロテープを使って固定した。

ギアの追加工のときの肝は、Z軸の原点の指定方法。
CUT2D上は、実際のPOM材の厚み＋3mm(ギアの高さより大きければ良い)を材料の厚みとして指定する。
kitmill上のZ軸の原点合わせの方法としては、まず通常通りPOMの表面でZ軸の原点リセットをする。
その後、数値入力画面(F6キー)で”Z3”と入力してZ軸を材料表面の3mm上に移動させる。
その位置で、Z軸の原点リセットをすることで、材料の厚さ＋3mmの位置をZ軸の原点とすることが出来る。

加工は成功。
小さいほうのギアの加工を、ギアの外形と同じ大きさの分だけ切削したので、多少のバリが残った。
手で簡単に取れるレベルだが、ギアの外形＋αくらいの大きさを加工したほうが良いかもしれない。
CAD図面上で外形寸法を変えてしまうと、設計意図がブレてしまうので、Cut2D上でポケット加工後に外形線上を輪郭加工するのがスマートか。

今回は意識しなくても成功したが、中心軸の追加工において、穴の深さがエンドミルの有効深さ以下になることを確認しないといけない。
そうしないと最悪エンドミルが折れる。


エンドミルの1mmを3本くらい追加購入しておこう。
次は、ホイールの裏面の加工に挑戦。

マウス用ホイール切削1

マイクロマウス用のホイールの切削を始める

インドアエアプレーンで購入できる、モジュール0.3、歯数48のギアと組み合わせて使えるホイールを考えている。
ギアについている6個の丸い穴を上手くつかって、スタイリッシュにいきたい。

切削データを作るための図面なので、機械図面としての体をなしていないが、これで十分。これをCut2Dに読み込ませて切削データにする。

そして加工。


出来上がったものは、ギアにある6個の丸穴をはめるための突起がきつすぎる。円の中心位置が実測値と設計値で差異がある感じ。
実測値はノギスで簡単に測っただけだから駄目なのだろうか？

まぁ、まだ最初だし、ゆっくりやる。
ちなみに、この程度の加工でも90分かかる。切削条件を安全志向にしているというのもあるが。

kitmill Qt100 運用開始

Kitmill Qt100 の運用を開始した。

設置場所に悩んだが、荷物棚にしているスチールラックの高さを変えて最下段にKitmill Qt100を、その上の段に制御用のノートパソコンを設置することにした。

Qt100用の防音箱を購入したが、思ったほどの防音効果は無かった。気持ち程度に小さくなるだけ。だけれど、切削くずが飛び散らないので購入して無駄というほどではない。

さぁ、切削を始めよう。