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具体的な調整で良い改良点等、その2.

前回レーンチェンジのリクエストを頂いたので今回はレーンチェンジについて。

前回同様アナログ追従マシン前程で書きますが、私はレーンチェンジ苦手なので
あまり参考にならないかもしれません。

アナログ追従が使えるクラスのマシンの場合レーンチェンジではほとんど減速はしないと思います。
スタンダードなアナログ追従マシンはハーフライン後のオフセット走行はあまり出来ないと思うので
今回は無しで行きます。ハーフラインの検出はクランクの時に
説明した感じでやれば問題無いと思います。
ハーフライン中アナログ追従を行っているとハーフライン側に少し振られますが
サーボがしっかりしていればあまり気にならないと思います。
もし対策する場合ハーフライン中にサーボのゲインを弱めたり角度を0度にロックしたり
するのは余り良くなかった印象があります。
やるとしたら右ハーフラインの場合左のアナログセンサのAD値のみを見て10cmほどトレースし
通常追従に戻す、とかでしょうか。

線が切れたらハンドルを切るのは特に難しくは無いと思います。
線が切れる前にセンサが跳ねたりしてレーンチェンジを開始してしまう場合はありますが
中心のマーカーセンサとアナログセンサの値両方を見て
判断すればそこの誤検地はある程度防げると思います。

ここからは結構難しくなってくるので割と実績があるタイプを紹介します。
線が切れたらとりあえずレーンチェンジ方向にハンドルを切ります、仮に右とします。
角度は車体によって色々だと思います。駆動力は全輪0%が割と簡単で
ある程度まで速度は出るのでとりあえずの調整には良いと思います。

右端のマーカーセンサが反応したら角度を0付近に戻します。
ここの角度の微調整は結構効いてきます。色々試してみて下さい。

左端のマーカーセンサが反応し、反応が切れるまでこの状態を維持します。
センサがラインを完全に通り過ぎるまで待つという事です。

左端のマーカーセンサが反応しなくなったら逆にハンドルを切ります。
結構思い切って大目の角度で良いと思います。

後はクランクの復帰と似た感じで左端が反応し、中心が反応し、となるので
順次角度を緩めつつどこかの段階で追従を再開します。
条件にアナログセンサの値を入れるのも良いと思います。

上記の方法でのメリットはラインの横方向の通過速度を相殺している点です。
車体は右に動くのでセンサもラインを右に通過しますが
一旦ラインを通り過ぎた後で逆方向にハンドルを切ってラインを捕捉することによって
車体の右方向への動きと逆ハンドルの左方向への動きでラインを掴む時の
センサがライン上を横に通過する速度が相殺されて高速時にも対応しやすくなります。

もう一つは出口で外側を通すので出口側のガードレールを比較的簡単に回避できる点、でしょうか。
基本的にはこんな感じでやっていましたが、速くしようとすると角度の微調整、駆動配分、
各段階移行の条件を工夫していく事になると思います。
このあたりは車によって様々だと思うのでレーンチェンジの周りにクッションを沢山配置して
いろいろ試してみると良いと思います。

クランクの時にも書きましたが脱出速度が大事なので
前半のハンドルは大目、モーターパワーも減速傾向、後半は角度浅めの加速傾向、
としたいのですがこれをやりすぎるとレーンチェンジの復帰までの距離が長くなります。
レーンチェンジ直後に何か有った場合に対応できないですね。ここは悩みどころですが
面白い部分だとも思うので短く収めてかつ速い
レーンチェンジを作れるよう試行錯誤してみて下さい。
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最近のAZ-1

CA3K0032.jpg

今までより車重が軽いのでこれまで使っていたスポンジだと硬すぎて
グリップしなくあまり速く旋廻出来ませんでした。
柔らかすぎてもよれてしまい車体がすばやく動きません。
結構色々試して両面テープを大量に消費しました。

CA3K0044.jpg

軽量化の為に金属のビスをカーボンのロッドに置き換えたり
バッテリーの位置を最適化したりしました。
バッテリーが中心に寄ったのは効果が大きいです。やはり車体が機敏に動きます。

CA3K0042.jpg

CA3K0043.jpg

外観はこんな感じで。タイムは今の仕様ならRMCR前と比べて35mのコースで
2秒程は速く走っているんですが・・・いいかげんぶつけると車が壊れる速度になってきました。
重量を増さずに対クラッシュ面で効果的なバンパーが必要な感じです。

CA3K0045.jpg

重量は色々頑張っていたら50gほど軽くなっていました。

具体的な調整で良い改良点等。

しばらく続いているこのシリーズですがちょっと間を飛ばして
実践的な調整で使える事をいくつか。(長くなります)

本当は基本的な部分や使える道具等まだ色々あるのですが
あんまり基本編が続いても面白くないかなと思ったので
実践編も交えていきます。

調整段階という事でプログラムのアイデアがメインになるかと思います。
しかし私はプログラムが不得意です。
プログラミングを仕事にしている人がレベル100としたら私は1くらいです。
電子回路に関してもそんな感じです。

ですが機械、特に車の形をした物やそれに近い物の調整に関しては素人なりにはわかります。
なので走らせて目視で観察していればコースアウトやタイムが出ない場合
どうコントロールすれば良いのかはある程度推測できます。
要するに答えに近い物が先に推測できるのでプログラムもこの動作をさせるにはどうするか、
という感じでいつも考えています。

前置きはこのくらいにして、まず最初に苦戦する場所といったらクランクでしょうか。
やはり一番速度を落とさないといけないセクションなので
完走の要でもありタイム向上の要でもあります。

今回はアナログセンサ追従のマシンを前提に説明します。

まずはクロスラインの検出からでしょうか。
ハーフラインを正確に読むのは割と難しいですがクロスラインは比較的容易です。
またやり方もいくつも考えられますが個人的に気に入っているのは
いきなりクロスラインのチェックをしない方法です。
クロスラインの条件、マーカーセンサ全て検出の条件を指定していたとしても
その前にハーフラインの条件に当てはまります。
なので左右のハーフラインの検出を行った後クロスラインでないか一定距離、
及び一定時間確認処理を行えば問題無く、プログラムも短縮できます。
ブレーキングの遅れも発生しないので私のマシンはこの方法で走っています。

次にクロスラインからクランクまでの区間ですが
この区間は最短でも500mmあります。
なので300mm程の区間クランク左右の判定を行っていません。
これは本来必要無い処理ですが誤検知を少しでも減らす事が出来る保険として入れています。

クランクの曲がり方はなかなか個性が出るところなので工夫のし甲斐があります。
一番単純に考えると左右端のマーカーセンサのみで判断する事になります。
しかしここでも中心のセンサと左右端のマーカーセンサを併用する事で追従が追いつかずに
中心の線を誤検知する等のミスを防ぐ事が出来ます。

次にクランクの左右を検出しました。
ここでサーボをクランクを曲がりきる角度まで振って良いでしょうか?
私はそうはしていません。車速が遅いとセンサがラインを通り過ぎる前に
アームを振ってしまうので内側に落ちてしまいます。
対策としてはクランクを検出しマーカーセンサが反応しなくなったら
クランクの陀角までアームを振る、となりますが、
これではラインの幅の分アームの振り始めが遅れる事になります。
これはクランクを高速で抜ける上でかなりデメリットです。

上記の二つの問題を同時に解決する為には、
クランクを検出した時点ではアームを少し振ります。
この角度は各自試行錯誤してみて下さい。
そしてラインを抜けた時点でクランクを曲がりきれる陀角までアームを振ります。
これで内側に落ちることも無く、またラインの幅を通過する間に振れる
アームの角度は実際には少ないので少し振っておくだけで遅れを出す事はありません。
この辺りカシオのスローカメラ等で観察すると良く判ると思います。

ここまでで低速走行や手押しでのテスト等でも対応できるようになりますし、
サーボの性能やコンディション、バッテリーのパワー、速度が変化しても
対応できる幅が違ってくると思います。

ここまででクランク旋廻の開始を始めました。陀角や駆動トルクの掛け方は
各マシンによってかなり違うので頑張って調整してみて下さい。

次に一旦ラインの追従をやめているのでラインを再度捕捉する事になりますが
ここは難所ですね。これが完成していれば無理に速度を上げた場合でもなければ
クランクを失敗する事は無いんじゃないでしょうか。

ラインの捕捉も曲がり初めまでと同じで色々な状態を想定して
条件を限定したり段階を増やしたりする辺りからです。

一番簡単に考えると中心のマーカーセンサが反応したらアナログ追従開始となりますが
これではあまり高速での走行には対応できません。
そこで私は内側のセンサが反応したら陀角を浅くするようにしています。
これはクランクのコーナーリング抵抗を早期から減らす効果もあるので
脱出速度の向上にも繋がります。またそれに伴いこの時点で
モーターに掛けるパワーと設定速度を上げクランクの脱出を速くしています。

同時に内側のセンサが反応するまで中心や他のセンサは見ていないということです。
これにより外側の白線に対しかなり無理が出来るのでコースアウトを減らす効果と
思い切って速度を上げる事が出来る効果があります。

この手の工夫は他にもいくつかあり、使わなくなった物もありますが全部書いてしまうと
面白くないですし長くなるのでこのくらいで。基本的にこんな感じの応用が何段階か入って
ラインに復帰しています。

後クランクを速くするポイントとして、
進入速度にこだわり過ぎない。

クロスライン後クランクまで1mあるとその間の設定速度が遅いと確かにロスは大きいです。
しかしクランク自体は脱出速度を重視した方がタイムは良いです。
旋廻初めは若干ですがわざと失速させつつ何しろ車体の向きを変え、
後半の加速を少しでも早いタイミングで行えるように調整しています。
クロスラインからクランクは距離が不明ですがそれでも制御の工夫次第で改善は出来ます。

進入速度にこだわり過ぎると脱出速度が犠牲になってタイムとしては遅い、
という事になるので程よいポイントを見つけましょう。

いい車体を設計する時に気にするポイント。

ちょっと間が開いてしまいましたが以前の記事の続きです。
車体の設計は最初はどこから手をつけて良いのか、
どこを気にしたら良いのかわからないのが普通だと思います。
この辺りは経験が効いてくるのでひたすら頑張るしかないのですが、
いくつか私なりのアドバイスを。


まずは普通の形から。

ロボットを作る場合大体の人が奇抜なマシンで個性を発揮したいと考えがちです。
私ももちろんそうです。これは悪い事ではなくむしろ良いと思いますが
いきなりこれをやってしまうと苦労が多いので(使う予算や時間も多くなるという事です)
やはり最初はスタンダードな形を試した方が良いでしょう。
調整を続けているとどうしても不満な点が出てくると思います。
そうなってから自分なりの改良を行っていくと良いでしょう。


変更は大胆かつ慎重に。

車体の作りを変える場合最初の内は少し変えても少しの変化しか感じられないので
思い切った変更を試した方が多くの結果を得られます。
ただ新しく作り直す場合それなりに色々なものを消費するので
設計から製作までの間に色々調べてその変更がどう性能を変化させるのか、
他の人の前例等も参考にしながら何度も見直すと良いです。
ここの見直しは慎重になればなるほどいい車体が出来ると思います。


見た目の事はちゃんと走ってから。

MCRはロボットですが車輪で走る以上は車なので
見た目を気にしたくなる気持ちは分かりますし、私も見た目が良くなるように設計しています。
ただその前提にある考えは、見た目の良さは後から付いて来る。という物です。
理に適った速く走るマシンは意識せずとも見た目が良くなるという事です。
見た目の問題は個人差もあるのであまりはっきりとは言えませんが見た目に気を使う前に
性能に気を使うのが順序としては正しいでしょうという事です。


速く走る前に壊れない車を。

これはもう説明の必要はあまり無いと思います。
壊れやすいが速く走る性能を持った車を初心者が作っても
調整して速く走るようになる前に壊してしまい意味が無いです。

気に留める点としてはこんな感じで私はやっています。
次はもう少し具体的な部分についても記事にしようと思います。

気になっている物。

http://www.rcdriver.com/rcd/index.php/mini-z-racer-mr-03-ve-brushless/
どうやら京商純正で130サイズに収まるブラシレスモーターが出るかもしれないようです。
うーん、ドライブ基盤の設計は大変だけどこのサイズだと考えてしまう・・・

https://eagleonlineshop.com/eagleshop/shop/ShopProductDetail.aspx?id=B9545
そういえば結構前からこのモーターも発売されていました。
なんだか同じサイズのように見えますが・・・
小型なので凄いKv値です。リミットを掛けずに8セルで空転させたら遠心力でブローしそうです。
それ以前に減速が大変ですね。ロボット用途では1段減速では厳しい気がします。

https://eagleonlineshop.com/eagleshop/shop/ShopProductDetail.aspx?id=3375
以前載せた気がしますがこのモーター購入してみました。
この仕様でこの値段はとても安いですね。
ただ実物は値段なりの品質でした。そのままロボットに使おうと思っている人が居たら
やめる事をオススメします。

次のMCRマシンはアームレス6セルAWDを予定していますが
駆動はこのモーターを使用する予定です。
上手くセッティングが取れれば悪くないですが大部分を手直しする感じです。

http://www.rcmxstore.com/index.php?main_page=product_info&manufacturers_id=&products_id=19320
この瞬間接着剤用の硬化剤が随分評判が良いようです。
瞬間接着剤を使う場合硬化剤のスプレーは無いと話しにならない感じですが
今までは適当に使いやすい大きさの物を使っていました。
今使っているのが無くなったらこれを買ってみようと思います。

http://www.xtremearmy.com/products/detail.php?product_id=560
小さなラジコンのようです。こんな感じの物はどこでもよく見かけますが
大体走行性能はなんとなく動く程度の物です。
これは随分速く走るようなので試しに買ってみても面白そうです。
入れ物とプロポが一つなのもいいですね。

http://www.ntf.or.jp/mouse/sprint_kit.html
このキットもしばらくしたら買ってみたいです。
ランサーの方が先ですが色々なロボット競技に出てみましょう運動の一環として。

AZ-1その後。

CA3K0021.jpg

いくつか性能向上のの為改良を行いました。

前輪幅を5mm狭める。
転がり抵抗を減らす事とと回転物の慣性重量の軽量化のためです。
元は29mmだったので24mmになりました。
後輪は29mmのままです。

ホイールのリムの樹脂パイプを削り軽量化。
外側の内周をテーパーに削っただけなので気休め程度ですが。
タイヤのスポンジも比重が軽めの物に変更したので加減速性能は少しは良くなったでしょう。

屋根、とか呼んでいますが前方遮光版を大幅に小さくしました。
これはかなり重かったので目に見えて加速性能が向上しました。

バッテリーをニッケルカドミウムに。
やはり放電能力が違います。水素では完走できない速度でもニカドだと何とかなってしまいます。

FETのドライブを見直す。
モータードライブのHブリッジがいいかげんな作りだったので貫通電流でだいぶ損をしていたようです。
最初の段階ではゲートドライブの電圧は12Vでそれを生成するコンバータは2段構えでした。
2~3V→5V→12Vとしていましたが5Vから12Vのコンバータがあまり電流が取れないので
モータードライブFETのゲート容量が増えると不具合が起きていました。
なので設計時デフォルトのFETでも電流不足は起きていて目立って居ないだけでは?
と思いコンバーターを1段にして出力電圧を7V位まで引き上げて使用していました。
これで電流は不足していません。
しかし電圧を欲張るとコンバーターのICのセーフティーが効いて止まってしまいます。
7VでNチャンネルFETオンリーのHブリッジをドライブするという事は
ローサイドのFETは7Vでドライブされ、ハイサイドはそれより
バッテリ電圧分低い事になる筈です。たぶん。
なのでハイサイドは実質4~5Vでゲートをドライブしていたのでかなりギリギリです。
ローサイドとのONタイミングのずれもかなりあったでしょう。
色々考えとりあえずゲートドライブ電圧生成を2段仕様に戻してコンデンサを
高性能な物にして電流不足が起き難いようにしました。
ドライブ電圧の差は解消しようとしましたが上手くいかなかったので
ドライブ電圧を12Vにすれば今回使用したFETのドライブできる電圧、
約4Vからの余裕はローサイドで7V-4V=3Vから12V-4V=8Vで
肝心のハイサイドは7V-4V-2~3V=0~1Vから12V-4V-2~3Vで5~6Vです。
割合で見ればかなり差が小さくなるので大分改善はされると踏んで実験してみたところ
無駄な消費電流はほとんどなくなりました。

モーターの更なる性能向上。
サーボ用のモーターは現状でもトルクと回転のバランスは悪くないのですが電流は結構消費しています。
とりあえず無難に軸受けにボールベアリングの入ったケースに交換するだけにしておきました。
もう少し消費電流を抑えつつトルク側に振ってギヤ比を少なくすることも実験したいです。

走行駆動用モーターはコアを3枚分長めにして元と同じ太さの線を
巻けるだけぎっしり詰めて接着剤で固めました。
トルクが出ることは予想していたので少しだけコアを捻ってスキューを掛けてみました。
消費電流は減るかと思っていたら減りも増えもしなかったのですが回転数は大分下がりました。
まだ走らせてはいませんが大分トルクが出たはずです。
少しトップスピードに不安が出るくらい回転数が下がってしまったのですが
もしもの時は磁石を弱めれば回転を出して消費電流も減らせるはずなので一石二鳥です。

写真はドライブ基盤の改良とモーターのセッティングを変更する前の状態です。
RMCRに出場した状態で13秒にはいればまぁ良し、位の速さだったので
それなりに良くはなりました。

これに加えてドライブ基盤とモーターの変更が上手く効いてくるか、次のテストの機会が楽しみです。

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