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Make Your Move

今回はマイコンカーのAクラスを含めた車体作りで役に立ちそうな事を幾つか記事にしたいと思います。


初めて車体を設計するとなるとどこから決めていいか判らず結構困ると思いますが、
まずホイールベースやトレッドを適当に決めておきましょう(設計が進むと後で変更になる場合が多いので)
ホイールベースはわからない場合とりあえず高性能なマシンのデータを真似する、で良いと思います。
後から変更できるように穴を大めに開けておいたりするといいかもしれません。

ホイールベースは180mm前後くらい、トレッドは結構バラバラな印象です。
トレッドに関してはタイヤの中心から中心までですが実際重要なのはタイヤの端から端までの全幅だと思います。
これもスペーサ等での調整幅があると後々楽です。

車体のサイズはあまり小さくまとめる必要は無いかと思います、それよりも低くまとめる方が重要です。
レーンチェンジの接触を回避できる範囲で大きめにした方が部品の配置が楽になります。
車体サイズの拡大は低重心化に近いメリットがあり、トルク配分による姿勢制御の効きも良くなる方向なので
マイコンカーではメリットが大きいです。


大体の大きさが決まったらモーター、バッテリー、サーボ等の
必ず積む必要がありかつ重要な部品から配置していくと良いです。
これらの部品はそれ自体が性能を大きく決めると同時に重量も多くの割合を占めます。

基本的には重いものは車体の真ん中に低く、というのがやはり良いですが
ステアリングまわりの稼動範囲やスペースの問題で全部が理想どおりに配置は出来ません。

やはり電池を中心に、その周辺に駆動モーターとサーボ機構を配置し、
上に駆動基盤とマイコン、となると思います。

ここで重心を低くするのは大きなメリットなのでロードクリアランスを出来るだけ低くしたいと
誰でも考えると思います。実際には10度の坂で摺らないというと
一般的なホイールベースでは大体8~9mm程でしょうか。

あまりぎりぎりにするとタイヤを変更した場合に車高が足りず車体を作り直す必要が出てきたりするので
車高は少し高めに作り、ギヤボックスの固定時にワッシャー等で
微調節して車高を合わせるとリスクが少ないです。

また、シャーシ形状はとりあえずただの長方形を書いて、
干渉部分を削っていく方法が最初は良いかもしれません。
メインシャーシを板材で作り一番下に配置する場合が多いと思いますが、
最初は軽量化のための穴あけは薦めません。

車体の底は剛性が必要な部分なので軽くなるメリットより
剛性低下でのデメリットの方が多く出る場合が多いです。

重いものは真ん中に低く、と書いたとおり相対的に軽量化のメリットが大きく出るのは
外側の高さがある部分です。


RCサーボでない場合は自作サーボの機構も平行して進めていく感じになるかと思います。
自作サーボの減速機構の設計は大変だと思います。簡単だと思う人が居たらおそらく天才です。

悩むポイントは大きく見て二つあり、減速のカウンターギヤの作り方と使うモーターの選定ではないでしょうか。
減速のギヤの部分の作りの良し悪しは自作サーボの性能の8割、9割位を決めるんではないかと
個人的には考えていて、ここが駄目だとマクソンモーターもセンサアームを振動させるだけになってしまいます。

特に減速用の2段になったギヤの作り方は難しいですし個々の工夫が現れる部分でもあります。
ギヤ比は70前後が多いようです、実際そのくらいがいいですね。
アームが長かったり重い場合は大きめ、そうでない場合は小さめのギヤ比が合います。

減速の段数は少ない方が良いので2段減速がほとんどだと思います、理に適っていますが
必ずしもそうする必要はありません。

段数を増やす事で幾つかのメリットが得られます。
まず1段で減速比を稼ぐ為に大きなギヤを使わなくて良いのでレイアウトが比較的楽。
あと動力側の小さいギヤもある程度大きく出来るので
噛み合わせがスムーズでガタも減り、破損にも強くなります。

次回作るサーボにはタミヤのワイルドミニ四駆に使われている
オレンジ色のカウンターギヤを2段で使用する予定です。
このカウンターギヤはAZ-1とRS-Rのサーボに使っていますがなかなか良いです、
まだセンサアームを振っていませんが大きい側のギヤの厚みが2mmあり、
小さい側は4mmあるので破損した事はありませんし、精度も良いのでスムーズに回ります。
何より一体成型なので2つのギヤの連結で悩まずに済みます。

また、各段の軸間距離は調整できるように作った方が良いでしょう。
私は加工機で切った板を削ったり接着剤で埋めたりしてバックラッシュを調整しますが結構手間です。
慣れるまでは分割して固定部分に調整幅を持たせて作ると良いでしょう。

使うモーターは定番だとREMAX21の定格電圧6V、グラファイトブラシ仕様とかでしょうか。
とても高性能ですが使い方がいいかげんだと結構壊れるのである程度リスキーです。
私が最初に作った自作サーボはラジコンから外したマブチのモーターでしたがまぁまぁ追従できていました。
最初はソフトでのリミットを掛けなかったり、掛けていても上手く作動しなかったりで
モーターやドライバを壊すのは結構あるかなと思うので最初自作サーボの練習では安いモーターが良いのではと思います。
http://www.mabuchi-motor.co.jp/cgi-bin/catalog/j_catalog.cgi?CAT_ID=fc_260sa
昔使った物はおそらくこのサイズで巻き線は違うっぽいです(うろおぼえ)。
同じ物は簡単には手に入らないので今だとタミヤのRCのタムテックギア用モーターが丁度良いかもしれないですね。
シャフト径もΦ2のようでブラシもカーボンだと思われるので練習向きです。
※一応調べてはいますが実物は確認していません、使う場合は寸法、スペック確認を。
ただちょっとでかすぎる気もするのでこれで上手くサーボが出来たらコアレスに、というのが良さそうです。

サーボの話が長くなってしまいましたがやはり重要なので。

まとめとしては最初は高性能マシンを目指してバリバリ軽量化するよりもしっかり必要な剛性を確保して
手堅く走る車体を作り、それを調整するうちに必ず気になる点が出てくるので
次の車体で改良した方が優秀なマシンを作りやすい、といった感じです。

また思いついたことがあれば記事にしたいと思います。
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Indigo vision

http://blog-imgs-52.fc2.com/c/m/a/cma3249/20130413203705b1a.txt

TYPE-Cセンサ基盤を書いてみましたが、なかなか作成できないので配布します。

※まだ設計しただけなので動作チェックは行っていません、
一応回路はチェックしましたが動作の保障はしません。

自分用に書いたものなので部品の取り付け向き等は書いてありません、

基本的にTYPE-Sとほぼ同じ回路なのでマニュアルと
部品のデータシートを見れば組み立ては判るはずです。
ある程度動作を理解して作成して下さい。

ファイル名は拡張子を.pcbに変更してください。

PCBEファイルです。

マイコンカーラリー用にデザインしています、マーカーセンサは3つ、片面基盤。

アナログ追従用センサ素子はGP2S700HCPを片側3並列まで使用できます。
4つもテストしてみましたがあまり意味が無かったので3つにしました、
パターン変更もしくはジャンパで2つや1つにも対応できます。

ライン追従用センサはプルダウンされているので白で電圧が上がります。(TYPE-Sとは逆です)
プルダウンの抵抗値は100kΩとなっていますがもう少し小さめでも良いかもしれません。

ライン追従センサの電流制限抵抗(180~510と書いてある部分)は調整してみてください、
片側の抵抗がパターンをまたいでいるので気をつけて取り付けないと短絡します。

マーカー用デジタルセンサはS7136です。(こっちはプルアップなのでTYPE-Sと同じです)

デジタルセンサ用赤外LEDはTLN119を想定しています、
取り付けた後LED素子を刺した穴と接着すると破損防止になります。

デジタルセンサは調整ボリュームを設けていません(軽量化、破損防止の為です)
チップ抵抗の交換で調整してみて下さい、2,2KΩは少ないかもしれません。

TLN119はTYPE-Sと同じ取り付け方です、極性は回路を見て確認して下さい。

S7136は基盤サイズを詰める為に横に足を出しているので同様に回路の確認を。

S7136動作確認のLEDは面実装の物を裏面(コース面に向けて)取り付けるのでそのままだと見えません、
基盤に穴を開けて裏返しに付ければ問題無いと思います。


自由に使ってもらって構いません、再アップロード等は一応なしで。

おそらく抵抗値は各部分調整すると思うので作成時は抵抗値の違うチップ抵抗を準備した方が良いと思われます。

4並列のアナログセンサを作成した時に発光部分の光が
隣のセンサに直接入ってしまい問題が発生した事があります。
少し間隔を広めにして斜めに配置する事で対応していますがテストしていないので
同様の問題(黒でも電圧が高めに出てしまう)が発生した場合プルダウンの抵抗値を下げるか
GP2S700HCPの側面に黒い塗料を塗ると解決できました、念のため。

感想、要望、質問等あればコメントまでお願いします。

Schlagwerk

最近はプログラムの改良を主にやっていますがいいかげんセンサアームのあるマシンを走らせたいです。
マイクロSDへの書き込みを主に練習していましたが
どうやらコースのセクション毎の距離を計測し、記録した上でマイクロSDに保存、
マイクロSDから任意の部分を読み出し配列に格納した上で走行中に反映させる所まで出来たようです。
これは今研究中のセンサアームの無いマシンで行っていますが
従来のマシンでも生かせるのでどのくらいのタイムが出せるか期待しています。


以下ちょっとしたノウハウとか。

REMAX17とかのシャフト径1.5Φのモーターにピニオンを固定する時私はこのパイプを使っています。
http://b-field.net/?pid=20076634

値段の割に精度も悪くないので良いかと思います。
パイプにDカットの面を作り、そこにピニオンの芋ネジを当てて固定しますが
パイプのDカットを内径以下まで貫通させて1.5のモーターシャフトに直接芋ネジを当てて固定すると楽です。

in motion

前から書こうと思って忘れていた事があったので記事にします。

RS4_001

ウイング等のエアロパーツは結構前から使っています。
効果があるかないかで聞かれるともちろんゼロではないですが
メリットとデメリットのバランスで得を出来るかというとなかなか簡単ではないところだと思います。
ウイング自体の重さのデメリットもありますが空気抵抗で加速が鈍るデメリットは顕著に出ます。
大き目の板を縦に付けるのと横に貼り付けたので実験すれば正確に計測するまでもなく
見た目で遅くなったのがわかるほどだと思います。

個人的には実用的なエアロパーツがついた車が多い方が面白いと思うので
今まで試した中で特に良かった物を紹介したいと思います。

最初の写真のセンサアーム先端についているウイングですが、これは車体を押し付ける物ではありません。
アナログ追従の場合センサが跳ねると致命的なので輪ゴム等で引っ張って
地面にアームを押し付けている人が多いです。

WS000003.jpg

上の図はマシンを横から見た所で、右がフロントになります。
緑の太い線が輪ゴムを表しています。

これを引く事でアームが押し付けられ、跳ねなくなりますが、
この結果反動で前輪が持ち上げられます。

車輪を押し付ける力が失われるのでタイヤの摩擦が減ります。
これは仮に僅かだとしても非常に困るので代わりにウイングで押し付ける実験を行いました。

WS000005.jpg

適当な図ですがウイングがセンサを押し付けているので反動はほとんど車体側にはありませんし、
あるとしても押し付ける方向なのでメリットです。

実際のテストの結果これで輪ゴムで引っ張る事無くセンサの跳ねを防ぐ事が出来たので
前輪のグリップを多く使う事が出来るようになりました。

デメリットはセンサの先が重くなる事です、これは重要な部分なので
大きなウイングをいかに軽く作るかがポイントです。
最初の写真の車体ではクリアファイルのフィルムを二枚使い、
両面テープで張り合わせる時にずらして張る事である程度柔軟な曲面を形成しています。
重量も個人的には許容範囲です。

タイム向上には効果があったので試してみてはどうでしょう?

また、このウイングが良い結果だったので車体を直接押し付けるウイングについても実験を続けています。

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