KHR-2350ICSのOリングの形状

内径Φ6、線径Φ0.8～1.0、外径Φ7.6～Φ8でした。久しぶりにKRS-2350ICSを分解しましたが、やっぱり高いサーボは作りがいいですね。RB995とは精度が明らかに違うと思いました。

先日紹介した株式会社ハギテックでは売っていませんでした。残念。それからRB995はOリングをとりつけられるような構造になっていませんでした。KRS-2350ICSにはそれ用の溝がトップケースについていますが、RB995にはありません。

Oリングを通販で購入できるサイト

KHR-2350などのギアやケースはそれぞれオプション販売で購入が可能ですが、Oリングはオプション販売されていません。なんとなく探していたらここを見つけました。真ん中くらいの接着・シーリング・テープ ゴムプラスチック製品･大型コンテナ類をクリックして、Vリング・Oリング類を選択。たぶん通常はJIS〈B2401〉P番でよいと思います。直リンクはこっち。RB995はちょっと軸が傾いているのでKRS-2350のようにOリング入れてみたらどうかな～と思いまして。

ミニスタジオのギアが改善されたようです。

激安サーボのミニスタジオのRB995のギアが改善されたようです。ギア単品500円、新規にサーボを購入する場合には1980円で改善版のギアになったようです。おそらくMG995と同等になったものと思われます。

あとRB303dというプラスチックギアのサーボもラインナップに追加されたようです。

MG995はやはりオーバーシュート気味？

MG995が少々オーバーシュート気味なのではないかといったことが、いずみかわさんの2005.12.31の日記に書かれていたのが気になったので比較の動画をとってみました。実験内容は以前KRS-2350vsRB995を行ったときと同じです。

わかりにくいのですが、両サイドがMG995、真ん中がRB995です。

「MG995vsRB995.wmv」をダウンロード

接続：RCB-1　CH2：RB995　CH3-CH4：MG995

電源：安定化電源（KIKUSUI　PAN　16-18A）

設定：　90°（S=7)→180°（S=6)→0°（S=6)→180°（S=6)→0°（S=6)→180°（S=5)→0°（S=5)→180°（S=4)→0°（S=4)→180°（S=3)→0°（S=3)→90°（S=6)

Sはスピードの設定です。

最後のスピード3あたりの部分をWindowsムービーメーカーとかでコマ送りしてみると確かにMG995の方が大きく振れており若干特性に違いがあるようにも見えます。モーターの仕様が違うのかなあ？それともPID制御のパラメータが違うのか？MG995がスピードが速い場合にはやはりオーバーシュート気味になるというのはそうなのかも知れません。この辺は実機に組み付けてモーションで差が出るかどうかとかをみないとわからないですね。

RB995をたくさん買ってしまった身としてはRB995の肩を持ちたいと思ってしまいますが・・・（笑）。

MG995はRB995と同じもののようです。

MG995のモータはやはりコアレスではなくコアードでした。制御基板もRB995とほぼ同じでした。微妙にホットメルトでケーブルや発信器が固定のされていたりして微妙には違ってはいましたが。

HOBBYNETに問い合わせをして事実確認をしてもらいました。結果、やはりコアードでメーカーからの仕様書が間違っていたということでした。ホームページの表記も変更されています。おそらく同じところから供給を受けたものなのでしょう。HOBBYNETの対応自体は迅速で好ましいものでしたが間違った情報を提供するようなメーカーの商品は扱ってほしくないですね。だいたいこんな値段でコアレスモーターというのが間違っているんでしょうけれども・・・。

RB995のモータはやっぱりコアードでした

きゃのんさんから教えていただいて、イカロスさんが購入された激安サーボMG995が見た目はまるでミニスタジオのRB995なのに、コアレスモータを使っているということで、RB995のモータを分解してみました。ちなみにセラコンは私が俺サーボモータ実験時にとりつけたものでもともとは取り付けられていません。

結果、やはりコアードです。おそらくマブチのRF-130CHであろうというのは本当だと思います。というわけで、比較したいのでポチッとなっと。

あーでもトルク測定治具ばらしちゃったんです。（今はただの万力台になってしまいました。）こりゃ新治具をはやく作らねばいけませんね。

RB995のゆっくり動かしたときの動画

きゃのんさんのところで浅草ギ研さんのＡＧＢ－ＳＣ－０１を使うと動作がいまいちということなので同じような実験をRCB-1で行ってみました。

接続　CH1：KRS-2350（ノーマル）、CH2-CH4：RB995

設定：　90°（S=7)→180°（S=6)→0°（S=6)→180°（S=6)→0°（S=6)→180°（S=5)→0°（S=5)→180°（S=4)→0°（S=4)→180°（S=3)→0°（S=3)→90°（S=6)

Sはスピードの設定です。

これを見る限りゆっくりの場合は問題なさそうです。

右から2個目のRB995が少し傾いているように見えるのは両面テープで固定していたため最後のスピードが速いところではがれてしまったためです。

「RB995x3vsKrs2350a.wmv」をダウンロード

KRS-2350（ノーマル）とRB995の速度比較の動画

気になったので速度比較をして見ました。コントローラーボードはRCB-1を使って、電圧　6Vで

30°（スピード0）→30°（スピード3）→150°（スピード0）→150°（スピード3）

といったのを2回やってみました。下記がその動画です。（Quicktimeでしかみれないみたいです。誰かWindowsMediaPlayerなどで見れるようにする方法教えてください）←解決しました。ほりさんありがとうございます。

「RB995vsKRS2350.wmv」をダウンロード

見た限りではRB995の方が若干遅いですが、どうにも使い物にならないというわけではないように見えます。

マクソンくんでトルク測定してみましたが・・・

マクソンくんでのパラメータ調整はやはりあまり芳しくないのですが、とりあえず治具を使って測定をしてみました。

絶対20kgfcmオーバーだと予想していたのですが、予想に反して18kgfcm程度。これではRB995にもともと入っていたモータと大差ありません。そこで考えられるのが測定系の問題。今、使用しているいいかげんな治具では18kgfcm以上のトルクに負けてしまってサーボの力がはかりに正しく伝わらないのかも。測定系が正しくないようでは基準が狂ってしまうのでよく確認する必要があります。そういったことも頭にいれておいて今後の評価をする必要がありそうです。ただ、マクソンくんを使うとPWMの音が安定しない件はよく調査をする必要があります。

宮田さんの環境では少なくとも30kgfcmまでは測定できているようなので参考にしたいと思います。宮田さんが数年前にやられていたことに少しずつ近づいているかなとは思いますが今の宮田さんとは随分隔たりがありますね。モータの原理からって・・・。知識もパワーも投資する金額もすごすぎです。

ミニスタジオでRB995のホーンセットが発売予定とのこと！

ミニスタジオでホーンセットが販売されるようです。なんだか最近ミニスタジオの回し者のような感じです（笑）。決してそんなことはありません。

軸付けボトムケース＆ベアリング付フリーホーン＆ローハイトサーボホーン・・・・欲しいかも。サーボホーンはメタルでないのが残念ですが、かなり欲しいかも。値段は1200円のようです。それから激安サーボがさらに安くなるのは年内のようです。いずれも商品一覧のページに書かれています。

俺サーボ基板第3弾。そしてようやくマクソンへ。

このところなかなかまとまった時間がとれなくて、以前に書いた電流検出抵抗の位置をずらす実験ができなかったのですが、今日ようやくできました。モータドライバ基板も新たに作成して第3弾の基板となりました。R8Cののっている基板から飛び出して線がいろいろ出ているのがそれです。

実験の結果は良好！正転・逆転ともに電流検出できるようになりました。今の設計では一番負荷がかかったときで500mVくらいしか出ないのでオペアンプで増幅するか、電流検出抵抗を大きくするかした方がいいのかもしれません。もしくはゲインのもっと大きなICを見つけるかです。電流検出抵抗を大きくすると消費電力が増えるのでできれば避けたいと思います。でも基板面積はできるだけ小さくしたいし・・・とジレンマが生じます。

最初に実験したときに電流検出ICにパスコンを付け忘れてしまったのですがこの状態だと検出電圧に非常にノイズが多くパスコンの大切さを感じた一幕でした。

そして、遂にマクソンくんを俺サーボ基板で動かすフェーズになってきました。ちょろっと動かして見ていろいろパラメータを変えてみたのですがRB995のモータのように安定した動作になりません。角度を変えたときはきびきびした動きでいい感じなのですが、指定角度になって無負荷のときに発振しがちになっています。また、PWMの音もガサガサいっていて一定になりません。この辺はこれから解析していく課題になります。年内に解決したいですがどうなることやら。

電流検出の件

昨日は別のICが必要かも？といっていたのですが、現在のICの挿入位置は下記のようになっています。Ｒのところの電圧をＩＣで測ることで電流がわかります。

　　　  VCC
　　　　 ｜
　 |----------|
－|　　　　　　　　|－
  +--R--Ｍ---+
－|　　　　　　　　|－
　 |----------|
           |
        GND

これを

　　　  VCC
　　　　 ｜
　 |----------|
－|　　　　　　　　|－
   +----M----+
－|　　　　　　　　|－
　 |----------|
           |
          R
           |
        GND

とすれば片方向でも電流が測定できるかもしれないので今度実験してみようと思います。上の状態にして実験をしたのは宮田さんのBSB-01基板がそうなっていたからです。

電流検出ICを実装しました

以前にサンプルで取り寄せたMAXIMの電流検出ICを実装しました。ついでにFETをHAT3006に変更しました。小さな基板にいろいろのせているので、なんかもうぐちゃぐちゃです。でも一応実験はできるのでこれで問題ありません。軽く測定してみたところレンジが少し狭いですがちゃんと電流が測定できていそうです。まだ、マイコンでのAD読み込みはしていません。

というのも、問題を発見してしまいました。もっと早く気がつくべきだったんですが、電流が片方向しか測定できません。別のICを探すか自作する必要がありそうです。ただ電流が見えるようになったことでわかることも増えると思うのでもう少しこのICを使って実験をしてみる予定です。ちなみに使用しているICはMAX4210です。

ピッチ変換基板を購入しました

俺サーボで使っているMOSFETや電流検出で使用する予定のICはそれぞれSOPであったりTSSOPであったり表面実装のICばかりです。MOSFETはSOPだったのでがんばればスルーホール基板に実装することができましたが、電流検出ICはTSSOPで0.65mmピッチでちょっと厳しいです。

そこで秋月で売っているDIP変換基板を購入しました。これだけあればしばらくは大丈夫だと思います。PIDもだいぶ形になってきたのでここいらで電流検出をできるようにしようと思って購入しました。以前にサンプルで取り寄せたMAXIMのICをようやく使うときがきました。

俺サーボの進捗

俺サーボの進捗ですが、デバッグ用のデータをはかせる部分で少しはまってもたもたしていましたが、だいぶ思っている形に近づいてきました。まだ制御の部分にバグがあって大きな角度を変化させるとPIDの値がオーバーフローしているのか全く動かなくなることがあります（泣）。

それでも、あまり角度変化がない状態であればデータが取れるくらいにはなっていて下記のようなグラフを見ながらゲインパラメータを決めつつ、パラメータを追加したり、バグとりをしたりしています。

一応治具でトルクも測っていて、HAT3004を使って18kgf・cm(6V時）くらいが出ているのでまあまあな感じです。ちなみにモータはRB995ベースなのでどんなにがんばっても20kgf・cmくらいまでしか出せないと思います。ノーマル基板でFETだけ変更した場合、私の治具環境で14kgf・cm弱なので18kgf・cmが出ていれば今の段階では十分でしょう。

ミニスタジオの軸付けボトムケースが発売になりました

ミニスタジオの軸付けボトムケースが発売になりました。@500也。うーんサーボが2800円なのにボトムケースが500円とは・・・・。どうせならこっちを標準にして、軸なしケースをオプションにしてくれればよいのですが・・・。

さらなるオプション販売がもしあるとして期待したいのはメタルサーボホーンですかね。でも軸付けボトムケースが商品化されたこと自体も驚きなのでこちらは期待できないと思いますが。

Iゲインはやっぱり必要

シリアル通信で取得したデータを解析してみるとやはりIゲインがいるということがわかってきました。目標の角度に収束できなくなることがよく発生します。しかしIゲインをちょっと大きくすると発振してしまうので与え方がかなりむずかしいです。

データ取得できるようになったことで目標値への収束の仕方が視覚的にわかるようになりました。データがひたすらだらだら出てくる件もとりあえず偏差がしきい値以内の時にはデータ送信しないようにしましたが、これに関しては大きな偏差になってからしばらくの間だけデータを送るという風に変更しないと目標値をまたいだデータになったときにうそのデータを吐いてしまうので修正する予定です。

パラメータ調整は思ったとおりなかなか奥が深そうで時間がかかりそうです。

1年半ではじめてのブルースクリーン

昨日できたシリアル通信モジュールでさっそく実験しようと思って何気にデータをだらだらはかせていたら、シリアル通信ソフトが固まったのでタスクマネージャーで落とそうとしてしばらく待つこと30秒ほど。おもむろにブルースクリーンになってOSが落ちました。

私の開発環境は主にノートPCで買ってから1年半になりますがブルースクリーンになったのはこれが初めてです。恐るべしシリアル通信。でもKHR-1で使用していたときにはこんなことは一度もなかったんですけどね・・・。当たり前か・・・。

やっぱりひたすらだらだらデータをはいているのは問題があるので指定値からの誤差が大きい場合のみデータを送るように変更しようと思います。知りたいのもその過程のデータなので。もちろんそのしきい値もシリアル通信で変更できるようにします。

ああ、なんか素敵ですね。パラメータがシリアルで変更できるのって。こんなことならもっと早くから実装すればよかったなあと思ったりしています。

シリアル通信ができるようになりました

俺サーボに使っているR8C基板でシリアル通信ができるようになりました。

参考にしたのはトラ技2005年5月号とR8C15のハードウェアマニュアルです。R8Cのアプリケーションノートも一応見ましたがタイマーXを使ったポーリング処理しか説明されていませんでしたのであまり役に立ちませんでした。

送信は割り込みなしで送りつけ、受信は割り込みで一旦RAMに格納しておいて、メインループの中でチェック関数を用意して、RAMに一定文字たまったらコマンド解析をするといった風な実装にしてみました。ボーレートはとりあえず19200bpsですが送信の仕方を工夫しないとPWM制御に影響を与えそうです。パラメータはとりあえずKp、Kd、Kiのみが変えれるようにしてあるのですが、PWM周期とか、データの取得する周期とかもう少し機能追加しないとデータを取りながらの実験には使えなさそうな気がします。

ようやくPD制御できるようになりました

ようやくPD制御してもおかしな状態にならないようになったようです。PD制御といっているのはIがなくてもそれなりに動いているからです。

パラメータをいろいろ追い込もうとしているのですが、現状の状態ではゲインパラメータはソースに埋め込まれておりパラメータを変更するたびにコンパイル->フラッシュ書込みを繰り返さないといけないので効率が非常に悪いです。また、収束の仕方なども目視でしか確認できないのでどれくらいよくなったかが数値化できないので「なんとなく」でしか合わせこむことができません。

そこで今までやろうと思いながらここまで引っ張ってきたシリアル通信をできるようにして、数値設定および数値読込ができるようにすることで現状の最適なパラメータを決定しようと思います。

俺サーボの進捗

俺サーボの進捗ですが、宮田さんの資料を確認したり、ソフトをいろいろ確認した結果いろいろと問題がわかってきてかなりよくなったと思います。まだ詳細にゲインパラメータをつめるところまでいってはいませんがPゲインだけ設定したときのプルプルはなくなりました。この状態からPゲインをあげてプルプルするところまでを確認していこうと思います。でも今日はここまで、がんばるのも大切ですが体を休めることも大切です。

何が悪かったかというのをあげるとキリがないのですが、変なパルスが出ていた件に関してはマイナスの値をそのままPWMのタイマーのレジスタに書き込んでいたことが原因でした。アドバイスいただきましたおかださんありがとうございます。

正転・反転の切替の処理も少しおかしくて状態遷移が思うようになっていませんでした。いろいろありましたがまともなPID制御に少しずつ近づいていると思います。

トラ技について その２

皆さんもご存知かとは思いますが私はROBO-ONE　on PC Mission3に参加して、その後もnoboさん、かつさん、shin1さんらとオンライン座談会という形でシミュレーションや制御についての情報交換を行っています。

shin1さんのブログでもいろいろ解説がありますが、on PCではMatlabやvN4Dを使ってサーボモータもモデル化します。しかし、基本が理解できていないと何がなんだかわかりません。今回のトラ技の第6章ではその辺が少し説明されています。ラプラス変換・伝達関数・ブロック線図などです（P.178-P.180）。

それから以前にPID制御をする際にDにはローパスをかける必要があると書きましたが、どうやって実装したらよいのだろうと思っていたところにその説明もありました。Z変換というのは言葉だけは知っていましたが今回の特集を読んで少しだけ理解できたように思えます。デジタルフィルタの解説も具体的でまさに知りたい内容だったので大変参考になりました。デジタルフィルタとかはセンサの入力されたデータに対しても使えると思います。

理論は勉強したいけど挫折したと言う人も（私もその一人です）、これを読めば少しは身近になってくるのではないかと思います。次回のon PCに参加してみてもいいかなと思っているけどモデル化とかどうしたらいいのかなあと思っている人にとっても、この第6章は必読だと思います。

トラ技をさっそく確認

2005年12月号のトラ技をさっそく確認しました。

すると、ブリッジPWMとしてまさにLow-Side　PWMの説明があります（P.156-158）。あまり一般的なのではないのかと思っていましたが、これを見る限り代表的な駆動方法のように見えます。しかし、そこには「位置制御向きの駆動方法ではない」とあります。理由としては”制動動作に対応できないため減速性能に問題がある”からだそうです。

これは私にとってちょっと衝撃的でした。あたかもLow-Side PWMが最善最良の選択肢だと思っていたのですが、そうではなさそうだということになります。まずはLow-Side PWMができるようになることが目標ですが、まだ改善の余地があるかもしれないと思いました。ただ位置制御に向いていないといっても1度単位程度で合わせられればよい趣味の二足歩行ロボットと業務などで使用する高精度な位置決めとはわけが違うので、やはりLow-Side PWMが最善最良の駆動方式だということになるかも知れませんが・・・。

それからトラ技を読んで改めて確認したのは、「モータは電流で駆動される」ということです。ついつい測定しやすい電圧で物事を考えがちの私にとってはちょっとした意識転換になりました。俺サーボをやってみたい、やっているという方は是非読まれることをお勧めします。

今月号のトラ技はモータ制御についてです

今月号のトラ技（2005年12月号）はなんと「モータの基礎と実用制御回路設計」。

そして中を見てみるとデジタルPID制御なんかについて書いてあるみたいです。なんてタイミングがいいんだろうとびっくりしてしまいました。KHR-1、QRIO、HOAP-3が出ていてQRIO、HOAP-3はACサーボモータを使っていますとあります。うーん、いまのところさっぱりわかりませんがこれは勉強するしかありません。

先日実装したPID制御ですがどうもバグがあるか、現状のソフトではこうなってしまうのかモータに印加される電圧をオシロでみているとある一定の周期で期待しないパルスが発生していてこれが原因でブルブルしているようです。Pゲインをある程度上げるとブルブルするのですが、これはゲインをあげたからというよりは上記の変なパルスがでることに問題があるようです。この変なパルスは昨日Low-Side　PWMのPWMのOFF時にソフトのミスでPchをOFFしていたときの挙動のようにも見えて何でこうなるのかはよくわかりません。

もともとこれでいいのか？と思ってソフトを組んでいたので、回り道になりますがトラ技で勉強しなおしてソフトをもう一度見直したいと思います。

PID制御のパラメータ決めについて

今日はon PCのオンライン座談会の日だったのですが、そこでPID制御のゲインパラメータの決め方について教えていただいたので紹介しておきます。

1.まず、Pゲインを徐々にあげる
2.振動が収まるまでDをあげる。
3.安定したらまたPをあげる
4.ブルブルしてきたらDをあげる

私の今のブルブルが1.なのか3.なのかはわかりませんが、D成分が小さいようです。明日以降実験してみたいと思います。この手段は制御をやっている人にとってはオーソドックスなものらしいです。

またD制御を加える場合には、D成分にローパスをかける必要があるそうです。いろいろと勉強になります。

とりあえずのPID制御に成功。

とりあえずPID制御ができるようになったみたいです。思っていたよりも簡単にできてしまったのでちょっと拍子抜けしていますが、最適なパラメータを見つけるのはかなり苦労しそうです。

制御周期はRB995と同じ1.4ms程度で実験中です。確認方法としてはサーボのポテンショメータとは別の可変抵抗をAD変換してその電圧に応じた角度に合わせるようにサーボを制御するという方法をとっています。

はまったのはPWMをOFFするときの動作です。モータにかかる電圧を見ていると中途半端な中間電位が発生しているので、なぜかと思ってバイブルである宮田さんの資料P.24を見ると答えがありました。

PWMをOFFするときにはすべてのFETをOFFにするのではなくPchのみONにしてモータにたまっている電流を逃がしてやる必要があります。これでちょっとはまりました。私が最初書いていたソースではOFFにするときにすべてのポートをOFFしてしまっていました。

それから、最初制御をP制御のみで行おうとしていましたがこれだと0-60度くらいしか振れませんでした。I制御をわずかに加えることで格段によくなり、制御範囲も0-180度振れるようになりました。D制御の与え方が微妙で、現状では常にプルプルしてしまっています。

何はともあれPID制御できるようになってしまったようです。今後はパラメータをいろいろと合わせこんでノーマルのRB995同等の性能が出るくらいまではもっていきたいと思います。

俺サーボ実験環境が整いました

しばらく止まっていました俺サーボの実験回路がようやく完成しました。モータドライバ回路まではできていたので、

・サーボをばらして基板を取り外し
・サーボを裏ブタが空けたまま実験ができるように短いネジでケースを固定
・可変抵抗からのリード線を延長
・モータ-モータドライバ間のケーブルを延長

という作業を経てようやく完成です。

とりあえずはサーボについている可変抵抗の状態から確認していこうと思います。モータドライバは第2弾の俺サーボ基板を使用しています。FETが簡単に交換できるようにしてあるところがミソです。表面実装部品を強引にユニバーサル基板につけているので見た目がかなり悪くなっています。

KRS-2350のギア比の情報を修正しました

以前にお伝えしたKRS-2350のギア比の情報が間違っていましたので、修正をしました。情報を頂きましたsaitoyさん、平野さんありがとうございました。

ホームページと以前に投稿した記事のいずれも修正をいたしました。結局、

10:58:10:48:10:33:13:42

が正しいようで結果として296.8というギア比になります。ギアの詳しい情報に関してはsaitoyさんのページにギアの詳細図面が公開されていますのでそちらも参考になると思います。

マクソンくんにすると電圧が下がっていることについて

今回実験しているマクソンのモータはDr.GIYさんがカンファレンスの資料でいわれている215999という型番のものなのですが、このモータの公称電圧は4.8Vです。ひょっとしたらこの辺が昨日の実験の波形と絡んでいるのかもしれません。

この辺はさっぱりわからない領域になってきていますので早く俺サーボ基板を使って試行錯誤ができるようにしたいと思っています。（現状はRB995の基板で測定をしているため、どのような制御を中でしているのかは推測でしかわかりません。）

マクソンくんがうるさい理由

RB995をマクソンくんに換装するとPWM音が大きくなったということに対しておかださんからコメントを頂きました。

それで気になってモータ間の波形を測定してみました。するとマクソンくんにしたときの波形は明らかに電圧が下がってしまっています。ちなみに周期は1.4msでした。俺サーボ基板で自分で制御する際にはこのあたりも気をつけないといけなさそうです。

 

↑マクソンくんを使用した場合、波形が明らかにだれています。4.8Vくらいしか電圧が出ていません。

↑ノーマル時、波形も矩形波になっており6Vまで電圧がちゃんと出ています。

マクソンくんをRB995に装着

マクソンくんをさっそくRB995にとりつけてみました。この間はずしたピニオンをロックタイトで接着。モータとケースはゼリー状瞬間接着剤で接着してみました。マクソンくんはRB995のモータよりも少し長いために裏ブタが取り付けられません。そのため裏ブタをつけたい場合は4649サーボ化する必要がありますがとりあえずトルク測定をしたいだけなのでKRS-23xx用のネジを短くしてアッパーケースを固定しました。一応ちゃんと動いているようです。なんかPWMの音が大きくなったのですがなんでなんでしょう？

マクソンくんが届きました。

マクソンくんが予定通り到着しました。

予定通りでないのは私の方で、マクソンくんが届くまでにPID制御できなかった・・・・。とりあえずピニオンははずしたので先にモーターの換装をやってみますかね。

なんかずしっと重くっていかにも強そうな感じが漂っています。

RB995のピニオンギアを取り外しました

RB995のピニオンギアを取り外しました。

ちょっとてこずったのでホームページの方にその様子を公開しました。開発レポート＞俺サーボ関連にお進みください。

以前に買ったピニオンプーラーを初めて出してみたのですが、これがモーターとピニオンの間に入りません・・・・・（汗）。で、いろいろ試行錯誤の末なんとかとりはずせたと言うわけです。このピニオンプーラーもRB995専用になってしまった可能性が高そうです。

ギア比の詳細情報をホームページに公開しました

ギア比の詳細をホームページに公開しました。開発レポート＞俺サーボ関連にお進みください。

また、見やすくなるようにページ構成を少し変えてみました。RB995のサーボホーン取り付け用のぎざぎざはKRS-2350と同じかと思っていたのですが、25で異なっていました。KRS-2350は23です。RB995を選択するとメタルサーボホーンがないのでこれまた悩ましい・・・。

KRS-2350とRB995のギア比

おもむろにKRS-2350とRB995のギア比を確認したくなってギアの歯車の数を数えて見ました。そのうちホームページの方でまとめる予定ですが、速報まで。

KRS-2350　 : 290.6 296.8(2005/11/05修正）
RB995        : 235.9

だと思います。RB995は確認している人いないと思いますが、KRS-2350の方はもし間違ってたら教えてください。

あとわかっていたことですが、KRS-2350のピニオンギアの穴径ってφ1なんですよね～。もう少しで届くはずのマクソンくんの軸径はφ1.5です。RB995のピニオンギアの穴径はφ1.5です。ギアの作りが悪いと言われていますが、部品調達コストを考えるとRB995ベースの俺サーボになるかも知れません。

KONDOのサーボケースなど到着

俺サーボ用に手配しているマクソンモータが到着したときに使用するためのKOのギアなどが届いたので早速仮組み。ベアリングをはめるのがとても硬かったですが、とりあえずこれでいいのかな？

GOLDENさんのところでMiniStudioのRB995に軸付ボトムケースが発売されるらしいことを発見。さらなるオプションパーツの販売に期待したいですね。

明日はonPCの発表会。こられる方、お気軽に声をかけてくださいね～。って誰もあったことないから誰もわからないってことになったりして・・・・。黄色の紐で名刺を首からかけてますのでそれを目印にしてください。って来る人はこの記事会場に来る前には見ないかな？

まともな正転・反転に成功！

まともな正転・反転ができるようになりました。やりました！！

原因はなんとソフトでした。今回R8Cは電源電圧+3.3Vで使用しているためモータードライバ用のFETを直接駆動することができません。そこでｐCH/nCHともに駆動用のFETを追加していたのですがそれが問題の原因でした。

pCHを駆動するにはマイコンのポートをLにすると

レベル変換用nCH FET（OFF）→モータドライバpCH FET（OFF)

となります。しかしnCHの時にはマイコンのポートをLにすると

レベル変換用nCH FET（OFF）→モータドライバnCH FET（ON)

となってしまいます。これはLow-Side　PWMではどういうことを意味するかというとRCサーボを駆動するようなPWM信号を与えると本来ONしたい時間はOFFになり、OFFしたい時間がONするということになります。つまり20ms間隔で1.5msのパルスを送った場合18.5msの間ONすることになります。ということはほとんどの時間ONしていることになり、貫通電流が流れているのに近い状態になり最悪FETが破壊されます。ダメじゃないか俺・・・orz.。

それでモクモクしていたわけです。でも第2弾基板でモクモクしていたのはハンダでした。ハンダが溶けてしました。ハンダの融点は確か183℃だったと思うのでものすごいことになっています。すぐ電源切っていたというのもありますがパワーMOSFETはいろんな意味で強いですね。

このソフトで第1弾基板が正転だけ機嫌よく回っていたのがナゾです。実は反転の動作が正しかったのですが実装不良でどういうわけか正転の時にはうまくいってしまっていたようです。

ようやくこれでモーターが制御できるようになりました。次はサーボのポテンショメータを読み込んでPID制御に挑戦です。

正転・逆転ができるようになったのですが・・・

第2弾俺サーボ基板で正転・逆転ができるようになったのですが、なんか極端に回転が遅いし、1秒くらいたつとFETから煙出てくるし・・・（一応、壊れはしていないようですが・・）。

今回は前回の教訓から2.54mmピッチに実装する基板を変更し極力ショートがおきにくいようにしました。そしてFETが簡単に交換できるようにピンヘッダを立ててSOP→DIP変換基板を自作して容易にFETを交換できるようにしたのですが、それがあだとなっているのかな・・・そんな構造にしたのでFETが燃えてもすぐに交換できるのですが、いくつあってもFETが足りない感じになりそうです。先は長そうだ・・・・

俺サーボ実験基板のR8Cのピン配置

今回、俺サーボの実験に使用しているR8Cの実験回路のR8C周りのピン配置はバーニング宮田さんのBSB-01基板のフットプリントを解析した結果をもとに決めています。今のところはFETの制御信号4つとAD変換器しか使っていませんが、外付けAD変換器を使った際のSPIや電流検出ICのAD変換するポートも同じにしようと思っています。（下記の回路図は現状の実験回路のものです。）

FETの主要スペックの比較

”RB995のFETを換装したときのトルクデータをアップしました”でFETによって測定されるトルク値が異なったわけですが、これがFETのどのスペックに起因するかが気になりましたので主要スペックの比較表をつくってみました。ホームページの資料室を見てください。

結果からいうとID(pulsed)の値が大きいほどトルクが大きいといえそうです。PWMでFETを駆動していますから当然といえば当然です。

モータドライバを作成

モータドライバ基板を作成しました。1.27mmピッチの基板に無理やり表面実装IC・チップ抵抗をのせているのですがこれがかなり大変なことになっています。あまりにひどい状態なので写真掲載はやめておきます。

ちょっと動作確認したところでは、正転はできるが逆転はできません。派手にバーニングはしていませんが、いやなにおいもしているのでICがお亡くなりになっている気がします。もう一枚作りますかね・・・「FET　燃やしてなんぼ　俺サーボ」

俺サーボのギアなど

RB995でのFET換装のデータを踏まえてマクソンモータがつき次第、モータの変更の実験をRB995でもやってみようと思います。しかし、RB995の分解された方々が指摘されている通りRB995のギアのつくりはかなりいまいちなので、最終的な俺サーボのギアとしては使用したいと思いません。

となると思いつくのは、KONDOで販売しているKRS-23xx系統のオプションパーツです。モータ・可変抵抗・制御基板を除いた機構部品ではOリング以外はそろいそうな感じです。しかし積み上げていくと結構な値段になり、マクソンモータや制御基板のことを考えるとHVサーボが買えそうな値段かそれ以上になりそうです。安く・高性能といきたいところですがそれなりの対価が必要ということですね。お金をかける以上性能には妥協しないでやりたいと思います。

RB995のFETを換装したときのトルクデータをアップしました

ホームページの資料室に「RB995のFETを変更したときのトルク測定」を追加しました。私が比較したFETのなかではRenesasのHAT3006が一番優秀でした。不明点があれば修正したいと思いますのでお気軽に疑問点などお聞かせください。

マクソンは納期1ヶ月半といっていたのに今月末に入荷するそうです。はやく俺サーボ回路を実験しないといけません。がんばろうっと。

ピニオンプーラー

モーターの交換をすることを踏まえていろいろ調べていたらピニオンプーラーというものがあるようです。森永さんの2003年9月5日の日記や宮田さんの2003年10月22日の日記に出ているやつです。ここで販売していそうだったのでメールしたのですが何の音沙汰もありません。他で販売しているところどなたかご存知ありませんか？

マクソンモータ

FETを交換する実験をしていてどうもモーターの特性上これ以上FETを変更してもダメなことがわかってきました。モータについてはテクニカルカンファレンスのDr.GIYさんの資料からマクソンモータがトルクアップにはよいらしいことがわかったので早速マクソンに問い合わせをしました。

　　　　　　　　　　　　　　　1～4個　　　　　　5～19個　　　　　　20～49 個
RE-max 17 215999　　￥9,135.-　　　　　￥8,505.-　　　　　￥7,980.-

うわさどおり結構な値段がしますね（いずれも税込み価格）。マクソンは基本的には直販で個人に対しても迅速丁寧な対応をしてくれました。納期は1ヶ月半。RB995の3倍以上の値段がしますがとりあえず実験用に買っておこうと思います。

マクソンでいろいろ調べていたらバーニング宮田さんのページにたどり着きました。2004年の10月あたりからマクソン関連の俺サーボの日記があります。俺サーボDX-4にもマクソンが使われていたことがわかりました。それにしても宮田さんはやっぱり熱いですね。あのパワーを私も見習わねば。

アナデバのサンプルが届きました

以前に少しお話したアナデバの無償サンプルが届きました。ルネサスも申し込んでいたのですがこんな回答が・・・

＞この度は弊社パワーMOS FETのサンプルをリクエスト頂き誠にありがとうございました。
＞
＞まことに申し訳ありませんが、社内手続きが通らなかったため
＞サンプル送付をご辞退させていただきます

適当な名前をつけた会社では社内手続きに通らないということでしょうか・・・ある意味当たり前ですか。世の中そんなに甘くないですね。ちょっと邪道ですが会社の名前を借りようかな・・・HAT3004実験したいし。KRS-784ICSのを取り外すのでもいいですけどね。

フェアチャイルドでも無償サンプルがあることを発見したのですが、いろいろやってもサンプル送付の手続きがうまくできません。途中でエラーが返ってきてしまいます。どなたかやり方知りませんか？

トルク測定用治具を作成

以前に安定してトルクが測定できないといっていた電子はかりのトルク測定用に治具を作成しました。

本棚で使っていなかった仕切り板２枚とホームセンターで買ってきた金具を使って仕切り板２枚をL字型に固定しました。そして以前も固定用として使っていた万力をボルトで取り付けて出来上がり。

さっそくR8Cを使ってRB995を実験。1.248kg(5回の平均値）*9.5cm=11.856kg・cm（@6V)。カタログスペックは10.5kg・cm。ちなみに7.2Vでは、1.521kg(5回の平均値）*9.5cm=14.45kg・cm（@7.2V）となりました。14.45/7.2*6=12.04 なので大体電圧に比例している感じでしょうか？今回はなんとなく半固定抵抗をまわして測定しましたが、R8Cでプログラムを組んで必ず同じ回転角度・同じ時間・同じ速度で測定できるようにした方がよいと思いました。3D SQUAREのtom-iさんはトルクが小さめにでるといわれてましたが私の治具では大きめに測定されるようです。測り方の問題なのでしょうかね？

でも以前のように手で固定していた場合に比べて飛躍的に繰り返し性がよくなったので治具自体は上出来といえると思います。また、万力を使っているのでいろいろなサーボにも使えます。

R8CのタイマCを使ってPWM出力

R8CのタイマCのアウトプットコンペアモードを使ってPWM波形を作ることができるようになりました。タイマCのサンプルコードはアプリケーションノートにも出ていなかったのでハードウェアマニュアルを見ながら確認したのですが、少しはまりました。

必要なレジスタ設定はしているつもりなのになぜか出力されない・・・としばらく悩んだのですが答えはハードウェアマニュアルのP.128　図13.25をよーくみて理解できました。アウトプットコンペア出力を出すためにはPD1レジスタで該当ビットを1にして出力に設定することは理解していたのですがP1ビットも1にしないと結果が常にLになってしまいます。CMP出力から最初に通るAND回路がP1ビットと接続されていますもんね。一応表13.12の注1に書かれていますが、これは気がつきにくいと思います。トラ技でもタイマCはあまり説明されていないのでなかなか気がつきませんでした。

一応割り込みも使っています。C言語で割り込みを使う際にはぐ～たらパパ・おかだのホームページの趣味の中での挑戦記の２００５年４月１７日の記事やトラ技2005年5月号を参考にするとよいと思います。

とりあえずこれで可変抵抗をまわすと任意のPWM波形が出るようになりました。これでミニスタジオのサーボの最大可動範囲とかが実験できますね。もちろん俺サーボのLow-SidePWMの実験もできます。R8Cサイコー。ちょっとマニュアルわかりづらいけど・・・これでE8を接続してデバッグもできてしかも処理能力はH8/Tinyより上とは。

R8CのAD変換を確認

R8CにてAD変換器が使えるようになりました。ルネサスのR8Cのページからアプリケーションノートに進むとアプリケーションノートとともにC言語のサンプルソースを入手できます。ぐ～たらパパ・おかだのホームページの「趣味の中での挑戦記」にある「オリジナルサーボドライバ作製」を読んでいてこのことを知りました。ちなみにインクルードするファイルはルネサスのここのサンプルコードからSFRヘッダ（C言語用）を取得しました。SFRとはSpecial Function Registersのことです。

写真の半固定抵抗をまわすとLEDの点滅周期が変わるようにして動作確認をしました。写真の左下のLEDはパワーランプです。右側のLEDの周期が変わります。

ただしE8がバグっているのかコンパイラがバグっているのか平均値を算出するプログラムを確認しているとad_sumの値が0xfffffffeになったりしていてなんかおかしいです。とりあえず確認は平均値をとらずにAD変換値をそのまま使って周期を変えるようにしました。

次は右下の3ピンポートからAD変換した値に応じたPWM波形を出力させたいと思います。

トルク測定用の治具

トルク測定用の治具を作ってみました。作ったというか、PCIブラケットに穴が開いているものがあったので、これは使える！と思ってやってみたらうまいこといきました。長さが95mmと100mmよりも5mm短いですが、計算がたいしてややこしくなるわけでもないのでこれでよいことにします。

万力にサーボをはさんでRCB-1に接続したRB995で電子ばかりを押してみましたが万力が浮いてしまうのを手で押さえているために測定値が安定しません。万力を固定するかサーボを直接固定するかする必要がありそうです。

R8C実験基板がE8に接続できることを確認

作成したR8C基板がE8で接続できることを確認しました。

最初全然基板が認識されなくて、いろいろ悩んだのですが答えは2005年4月号のトラ技p.210にありました。付属基板にE8エミュレータを接続する際にはRESET#信号に2.2kΩ～4.7kΩのプルアップを追加する必要があります。これを追加するとバッチリ認識されました。

例によってLED点灯プログラムを作成してダウンロード。一発OKです。ワークスペースを新規作成する際にR8Cがないのでちょっと戸惑いますがM16Cを選択すればいいです。これもトラ技で説明されていますので何か困ったらトラ技を見ればなんとかなると思います。

パワーランプやデバッグ用のLEDなどが追加されて最終的にこんな基板になりました。

R8C実験基板実装完了

2005年4月号のトラ技の付録基板の実験基板の実装が完了しました。とりあえず電源だけ問題ないことを確認して今日は終了です。

EAGLEを久しぶりに使う

2005年4月号のトラ技の付録についていたR8C基板を使うための治具基板の回路図を引くために久しぶりにEAGLEを使いました。最初ライブラリの作り方も思い出せないほどすっかり忘れてしまっていましたが手が意外と覚えていてしばらく使っているうちに回路図入力の仕方を思い出しました。回路図は完成したので実験基板の作成にとりかかることにします。

MAXIMの無料サンプルが届きました

マキシムで頼んでいた無料サンプルが届きました。通常は2個しかもらえないのですがもっとくれないかといったら3個にして送ってきてくれました。俺サーボに使えそうな電流検出用アンプとADコンバーターです。最近無料サンプルの依頼ができるメーカーが多いので前から利用してみたかったのですがこれといって欲しいものがなかったので利用していませんでした。

マキシム以外にもアナデバ、Ｒｅｎｅｓａｓなどで無料サンプルを申し込むことができます。もちろん全品種というわけではなく品種は絞られていますがHAT3004Rとかもサンプル依頼できますよ。アナデバとRenesasも申し込みはできたので多分近日中に届くと思います。

無料サンプルを申し込む際は一応companyや会社名の項目があるので私はいつも「Riosia」もしくは「リオージア」で申し込むことにしてます。これはRSコンポーネンツやDigikeyを利用するときも同様です。

ナショセミも一見無料サンプルに見えるのですが最後の最後でHandling feeとして$7-$10くらいを要求されます。TIのロジックICもサンプル依頼できるようですがまだトライしたことがありません。

なんでもかんでも無料だからといってサンプル依頼するのはよくないと思いますがうまく利用すれば今回のような実験が比較的気軽にできます。いい時代です。

RCB-1に接続して動作範囲を確認しました

KHR-1用のフリーホーンの穴径をφ8ちょいに加工してKHR-1のブラケットを取り付けて見ました。会社にあったボール盤でφ8にしたのですが私の腕が悪い＆ドリルがしょぼいのもあって全然まっすぐあけれませんでした。まじめにやるとしたら治具がいると思います。この辺はまだまだこれから修行を積まねばなりません。

取り付けに関してはちょっとそりが発生していますが、全然ダメというわけではありません。一応角度を急に変えても滑らかには動きます。ただ、全体として組上げたときにどうなるかはわかりません。

RCB-1につないで動作角度を確認してみました。どうもPWMの幅の取り扱いがKONDOのものとは異なるようで、ＨｅａｒｔToHeart（KHR-1のモーション作成ソフト）で0度から180度に振ってみましたが実際にふれた角度は0度から180度には振れませんでした。それ以前にまつしろさんも報告されていましたが、サーボに電圧がかかっていてPWM信号がLになっている状態で0度に振り切れてしまうようです。これはかなりいただけない仕様です。私は俺サーボ用に買ったので幸い害はないわけですが・・・。

RCB-1に接続したときの動作範囲はこんな感じです。左から0度、90度、180度をHeartToHeartで設定した状態。最後がPWMがLに張り付いてるときの状態です。

これはもしや・・・・

昨日紹介したMiniStudioさんのサーボRB995を眺めているとなんかピンときました。それはKRS-2350ICS Red Versionと形状がなんだかとてもよく似ているということです。さっそく裏ブタを交換。おお、ぴったりはまります。これはもしや軸もぴったりあっているのでは？と思ったのですが、そうは問屋が卸しません。1mmまでは行きませんがおそらく0.8～0.9mm程度軸がずれているようです。一応MiniStudioさんに図面をもらえないか連絡してみました。（まだ連絡はありません。）でもCNCなどを使わずにオリジナルブラケットを自作するよりかはよさそうな気がします。KOのオプションパーツのサーボマウントAとかもつけれます。ということは直行軸とかも結構簡単にできちゃうってことになります。

RB995(\2800)+軸つきボトムケース(\525)で裏軸付サーボになるのは結構いけている気がします。軸はあっていませんが・・・。

俺サーボをやってみたいです

ONOの電脳壁新聞で3D SQUAREのtom-iさんの日記を見て以来私のなかで俺サーボ熱が高まっています。とりあえず実験できるサーボをということで以前にまつしろさんのブログで紹介されていたMini Studioのサーボを購入しました。それからFETが必要ということでRSコンポーネンツからFETを購入して後は回路を組むだけの状態になっています。外付けADコンバーターが必要になればとりあえず秋月で買ったＭＣＰ3208を使うつもりです。ま、まずはマイコンの内臓ADコンバータでやることになるとは思いますが。基板をもし作るかもしれないことを考えるとやっぱりR8かなあ。E8も使えるし。参考にするHPはもちろんバーニング宮田さんのページです。

サーボはもちろんKOのものとかでもよかったのですが壊してしまうかもしれない事も考えてとにかく安い、でもメタルギアことということでこのサーボにしました。ついでに安かったので他のサーボも一緒に購入。9月中には実験を始めたいなあ。でもその前に実験するための環境を作らなくてはいけませんが・・・トルクを測るための治具とか・・・。なんかどんどん脱線していきそうですが趣味なのでよしということにします。