Emerge+

ご好評頂いている、テオ・ヤンセンのペーパークラフトですが、現在、Theo Jansen ライセンス会社との間で公認プロセスに入っており、一時的にデータのダウンロードを停止させて頂いています。

大変申し訳ございませんが、ご了承願います。

なお、すでにダウンロードされた方は、作り方は公開しておりますので、ご利用ください。

Ouch!

少し遅くなってしまったけど、ペーパークラフトのテオ・ヤンセンメカのpdfデータとその作り方を更新しました。
ぜひ、作ってみてね。ホントに感動するはずだから。
ペーパークラフトで作るテオ・ヤンセン

11/22,23に開催されるMake Tokyo Meeting04に出展するよ。
前回のMTM03で好評だったペーパークラフトのテオ・ヤンセンレプリカをさらにスムーズに動くように改良して、Rhenonicsライクなモデルが出来上がった！かなり苦労したけどね:)

このモデルも近いうちに作り方を公開するので、ぜひトライしてみて。

もう一つTipsを紹介しよう。

これはArduinoの無邪気な回路が引き起こす悪影響をどうクリアするか？という話。

基本的にArduinoはAVRマイコンの端子をそのままソケットに引き出してしまっている。これが問題。

通常、回路のケアとしては、端子に対するノイズ処理が必要だ。つまり、単純に機能を実現する回路では実は不十分だと言うこと。もしモーターをArduinoで動かそうと思っているなら、結構ハマるはずだよ。

わかりやすいのは、バッテリーでモーターを使ったArduinoアプリケーションを作ろうとした場合。

バッテリーには内部抵抗というのが存在していて、バッっと電流を流そうと思っても、この内部抵抗で瞬間に流せる電流は決まってしまう。モーターみたいに大電流が流れるものをつなげると、この内部抵抗がジャマになって電圧が下がってしまう。モーターをPWMで制御するとバッテリーの電圧をオシロスコープで測定するとギザギザになっていることがわかる。

このギザギザ波形は結局、この電源を利用しているすべての回路に影響を与える。

この場面では、まずは必要な電源系にモーターの周波数の影響がないローパスフィルター(CRフィルター：抵抗とコンデンサの組合せ回路)を設けて電源電圧の変動の影響がないようにしよう。CRフィルターのカット周波数は、1/2πCRで計算できる。ハイパスフィルターも同じ式。

それから、センサの出力端子にクロストークなどでノイズが乗ってしまう場合にもフィルターは有効だ。センサの出力周波数にマッチしたフィルターを用意しよう。

ちなみに、ArduinoのPin2を割込み(attachInterrupt)で設定してFA-130を動かしてみたら、ものの見事にノイズが乗って割込みが入りまくってしまったので、対策しようと思ったんだけど、うまくいかなかった〜。もっと勉強しないとダメだなぁ、と思ったのでした。アナログ回路は奥ふぁふかい。orz

前の投稿で、Arduino用のモータードライバを紹介したけど、もう少し補足しよう。

まず、このモーターライブラリは、モーターの回転数をVref端子で制御出来るわけだけど、もちろん正転・逆転制御端子だけのPWM制御でも使うことが出来る。

Vrefモードは、Vrefにかかる電圧がモーターの回転数を決めるモード。対してPWMモードは、正転・逆転制御端子の単位時間におけるOn:Off時間比でモーターの回転数を決めるモードだ。

Vrefモードでは正転・逆転制御端子の設定はデジタル出力端子にする(のが一般的だろう)。PWMモードではアナログ出力端子に設定することになる。

Vrefモードが便利な場面はなんだろう？

Arduinoのアナログ出力は実はPWM出力なので(基板のシルクにもそう印刷されている)、Vrefモードも実はモータードライバICのVref端子にOn:Off時間比で電圧を設定していることになる。

このPWMの周波数がモータードライバの規格にあっているかどうか？が問題になる(参考:エレキジャック
連載キットで作る（67）　ロームのBD6211モータ・ドライバをテストする（4))。例えば、ロームのBD6211FではPWM周波数は20k〜100kHzなのに対し、Arduinoでは500Hzであって、規格を満たすことが出来ない。

こういう時にVrefモードが役に立つ。Vrefへはあくまで平均電圧がどのくらいか？ということになるので、500HzでPWMで平均電圧を出力していても問題がないわけだ。

対して、PWMモードの便利なところは、制御端子がVrefモードに比べて1本少ないところ。Arduino電源電圧をモーター電圧が上回っていれば、こちらの方を使って、Arduinoの使用端子を減らすことが出来る。

さて、どちらのモードで動かすかをどうやって選択するか？なんだけど、このドライバライブラリでは2つあるDCMotor::Init関数のどちらを選択するかで決まる。

DCMotor::Init(int FINpin, int RINpin, int VREFpin, int motorVIN, int boardVIN)の方がVrefモード、DCMotor::Init(int FINpin, int RINpin)の方がPWMモードだ。

setup関数でDCMotor::Initをコールすればいいよ。

しばらくぶりのブログ。

ネタはいろいろあるんだけど、なかなかアップできなくて反省してる。

と、いうことで、今回はArduino用DCモータドライバライブラリをアップするね。

DCモーターってのは、直流モーターのことで、よく見ることが出来るのは模型用のFA-130とかRE-260とかだね。

こういうモーターを専用のモーター制御ICを使えば、Arduinoから制御出来る。

今回対象にしているのは、東芝TA7291(P)(秋月電子通商や千石電商で購入可)やBD6211F(スイッチサイエンス)というモータードライバーだ。

TA7291P

BD6211F

これらは、正転・反転(CW/CCW)をデジタル出力2本の組み合わせ＋出力電圧(Vref)をアナログ出力で制御出来るICだ。

つまり、デジタル出力を2本とアナログ出力を1本、Arduinoにつなげればいいわけだ。

このファイルがそのArduino用のライブラリ。

これを解凍して、ArduinoIDEのhardware->librariesにそのままコピーする。そして、#include <DCMotor.h>とすれば、このライブラリを利用できる。

例えば、こんな感じだね。モーターは1秒間正転してから、1秒間逆転するSketchだ。

#include <DCMotor.h>

#define  FIN      7    // 回転制御端子1

#define  RIN      8    // 回転制御端子2

#define  VREF     9    // モータ電圧制御端子

#define  M_VOLTAGE     3    // モーター電圧最大値:3V

#define  B_VOLTAGE     5    // Arduino電源電圧:5V

DCMotor motor;  // モータードライバの宣言

void setup()

{

    motor.Init(FIN, RIN, VREF, M_VOLTAGE, B_VOLTAGE);

}

void loop()

{

    motor.Forward(1000);    // 1秒間正転

    motor.Free();  // モーター回転方向変更による電流保護

    motor.Backward(1000);    // 1秒間逆転

    motor.Free();  // モーター回転方向変更による電流保護

}

ここで、M_VOLTAGEというのは、実際にモーターにかける電圧で、B_VOLTAGEというのは、Arduinoの電源電圧。

もし、2つのモーターを制御したければ、同梱したDoubleDCMotorが役に立つ。

これは、2つのモーターを1つのコマンドで制御出来るようにしたライブラリだ。

#include <DoubleDCMotor.h>

#define  L_FIN      7    // 左モーター回転制御端子1

#define  L_RIN      8    // 左モーター回転制御端子2

#define  L_VREF     9    // 左モータ電圧制御端子

#define  R_FIN      13    // 右モーター回転制御端子1

#define  R_RIN      12    // 右モーター回転制御端子2

#define  R_VREF     11    // 右モータ電圧制御端子

#define  M_VOLTAGE     3    // モーター電圧最大値:3V

#define  B_VOLTAGE     5    // Arduino電源電圧:5V

DoubleDCMotor motor;  // モータードライバの宣言

void setup()

{

    motor.Init(L_FIN, R_FIN, L_RIN, R_RIN, L_VREF, R_VREF, M_VOLTAGE, B_VOLTAGE, 1.1);    // 例)左右のモータ回転速度のバラツキ補正は1.1
}

void loop()

{

    motor.Go(1000);    // 1秒間前進

    motor.TurnLeft(1000);    // 1秒間左回転

    motor.TurnRight(1000);    // 1秒間右回転

    motor.Back(1000);    // 1秒間後退

}

2つのモータを同時に制御出来る。このライブラリは、モーターの空回転(Free)を取り込んであるので、特に明示的にFreeを実行しなくてもいい。

バラツキってなに、って？同じモータでも同じ電流を流しても同じ速さで回転はしないんだ。それはどうしても発生してしまって、特に2つのモーターを使って動くようにしたくても、まっすぐ前進・後進できないで曲がって動いてしまう。そこで、左右の回転差を割合で指定して、モーターにかけるVrefを調整することでまっすぐ前進・後進出来るようにするパラメータだ。これはモーターによって変わるので、実際にくみ上げた後に最適な値を選んで欲しい。

トライしてみてね。

大人の科学No.10の付録のスターリングエンジンを作ってみた。

外燃で閉鎖系の面白いエンジンだ。

温度差だけでエンジンになるというのは、とても魅力的だね。

実際の製作過程は、tumbr(http://emergeplus.tumblr.com)に載せてあるよ。

動いている動画はこれ。温度差を出すために焼酎お湯割り(約90°)と保冷剤(0°)を使っている。焼酎はこの後おいしく飲んだけどね :p)

この付録のエンジンは小さな温度差(数十度)で動作するので、あまり大したトルクは出ていない。指で触れば泊まっちゃうし、実際トルクがないので、少しの組み立てフリクションで全く動かない。プッシュロッドの位置調整やプーリー軸の隙間調整でかなり苦労したよ。でも、スターリングエンジンは温度差が大きいほど、トルクは出るはずだ。いずれ、他の製作にもこのスターリングエンジンを使ってみたいと思っているんだ。

排気ガスが出ないのがスターリングエンジンの魅力。太陽電池の出力を熱源にすれば、とてもクリーンでエコなエンジンが出来上がる。

かなりスパムコメントがひどくなっているので、コメント受付を一時停止させてもらうよ。ごめんね。

今までのペーパークラフトTheoJansenメカは、単体では動くけど、やっぱり複数つなげるとフリクションがすごいのと、リンクへの力のかかる向きが最適でないので、とてもスムーズに歩けないです。

なので、設計変更に取りかかっているんだけど、出来たらまたお知らせするね。

ちょっと時間をくださいね。

2日間にわたって開催されたMake:Tokyo Meeting03に、ペーパークラフトTheo Jansenを展示したよ。

正直、ぎりぎりまでチューニングしたんだけど、やりきれず、それでもエイヤっ！と出してしまって半分申し訳なかったwww。

2日間ともかなりの方がミニ・ワークショップに参加して頂き、またEmerge+の名刺も全てはけてしまう、という盛況でほんとにホッ。

出来れば、他の展示も見に行きたかったんだけど、やっぱりワークショップに来てくれる人に対応するのがうれしくて、結局見れずじまい。

今回のペーパークラフトは、未だ自分的に納得が行かないまま展示したので、秋のMTM04(開催されるかな？)には、もっとバッチリと準備して展示するね。

色々課題もあったんで、次回はもっと来てくださる方々に満足の行く展示をしようと誓うOuch!であったのでした。

Thanks for comming!

※ペーパークラフトは順次バージョンアップしていくので、乞うご期待！