マイクロマウスの製作の記録を紹介しています

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■15. ハーフサイズマイクロマウス "翠嵐"の紹介

 S pec


Size

Width:38mm  Length: 63mm  Height: 23.3mm

Weight

約20.6g

Power Supply
HYPERION :LiPo (100[mAh] 45C) 1cell 3.7V 

Control

両輪一体速度PI±角速度PI±FF or 位置PI

Motors
車輪 Φ6 RCクワッドコプタ用型番不明 ×2
吸引 CL0614-10250-7

Driver

DRV8835

CPU
RX62T 96MHz with 256k EEPROM 3.3V
Encoder AS5145B
Gyro MPU6000

Wall Sensors

TPS601A & SFH4550×4

Wheels

POM Diameter:13.2mm  Width:3.5mm
pinion: CNC加工 自作 M0.3 10枚 POM 
spur:   CNC加工 自作 ホイール一体 M0.3 36枚 POM

Maze solve algorithm

往復足立法のようなもの(限定探索)
(最短経路:時間ベース評価関数搭載)

Speeds

Straight:〜4.0m/s
Turn:  〜1.2m/s
Acc:   〜15.1m/ss

 Introduction

則四輪吸引マウスをハーフサイズでも実現。重心バランスやデバイスの配置もクラシックの紫電改とできるだけ近づけている。さらに駆動モータも少し電流を流すものに変更を行った。結果、昨年のマウスの弱点であった加減速を改善し、ストレートもターンも速度が向上した。また制御ソフトにもかなりの改良が加えられた。

 Competition Results

大会 2015年度 (ハーフサイズ)  記録  順位 その他
 金沢草の根大会  4,719  1位
 関西地区大会  5,014  3位
 中部地区大会  4,308  2位
 全日本大会エキスパートクラス予選  -  シード

 全日本大会エキスパートクラス決勝

 7,???  2位
大会 2016年度 (ハーフサイズ)  記録  順位 その他
 関西地区大会  2,691  2位
 東北地区大会  2,263  1位
 中部地区大会  6,843  2位
 全日本大会エキスパートクラス予選  -  シード

 全日本大会エキスパートクラス決勝

 8,162  3位
大会 2017年度 (ハーフサイズ)  記録  順位 ポイント
 東北地区大会  3,708  1位 +10
 東日本地区大会  2,888  1位 +10
 九州地区大会  4,672  1位 +6
 中部地区大会  10,573  2位 +6
 全日本大会エキスパートクラス予選  3,509 2位 +3
 全日本大会エキスパートクラス決勝  10,559  優勝 +30

 Mecanical design

      


壁とエンコーダの厚みを大幅に削減

             
             エンコーダ付車輪 構造図

器式エンコーダICを採用。ファンがかなりの容積を占めるため、既存のエンコーダの使用も検討したが、厚さの問題を解決できず却下。下図のような構造で極限まで薄型化を実現した。磁石の径はΦ2。

・ベアリングは小型RCヘリのパーツを使用、ホイールは前年モデルに引き続き、M0.3のギヤと一体型で旋盤とCNCを併用して削り出した。
・シャフトは軟鉄製でモータの磁石と干渉を防ぐ磁器シールドも兼ねている。こちらはCNCでは削れないので、旋盤のみで手加工した。

このエンコーダの部分は精度よく作らないと回転時に、エンコーダのデータが歪んでしまう事例をよく見かけたので、特に注意深く加工した。実際の製品でもモータやエンコーダのメーカはこの軸合わせの部分にはかなりのノウハウを持っているようだ。

引ファンをクラシック同様モータの下側に配置するスタイルに変更。これは昨年機がダクトにゴミが詰まることでメンテが面倒だったため。ファン径は昨年機より少し小さく、その分高さをやや高くした。吸引力はもともと40gf前後あったが、全日本決勝では15gf程度に抑えて走った。

 Hardware design


※AS5145BのCsnピン接地を忘れたのでジャンパで追加しています。


路はモータドライバと磁器エンコーダICの部分以外は昨年度の機体とほぼ同じ構成である。ただし昇圧回路とファンモータの導線パターンが悪かったのかリセットが前年の機体よりもひどかった。そのため機体の写真のように、2次側に電解コンの追加が必要になった。

ンコーダICAS5145のバラツキは各方面で有名なので、この機体でもデータを上げておく。比較対象として昨年の機体の市販エンコーダのデータも載せておいた。
これは適当なdutyを与えたときの車体の速度をサンプリングしてヒストグラムで表示したものである。


ばらつきはやはり市販のエンコーダより大きいが、正規分布からはそれほど乖離はしていない。フィルタ無でも特に自分のいい加減な速度制御程度では困ることはなかった。(ちゃんと制御しようとすると問題になるかもしれないが...)


 Software design


ャイロの角度のオフセット補正に関して今まではストレートなど特定のタイミングで都度クリアしていたが、この機体は初めてその処理をスタート時のみとした。ぶつかって予期しない角速度が入力されない限り、大きくずれることはなかった。昨今のジャイロはスマホの普及などもあり、10年前では考えられないほど安価で優秀になっている。

ィードフォワードを2009年の機体以来久しぶりに入れた。ただしあくまでも目的はフィードバックを補助するものであり、隠し味程度の弱いもの。高応答が要求される45ターン等では有効であった。

れは何でしょう?台湾大会で苦手だったので改良した。


あまり速度が遅いと誤動作しやすいので気をつけること。

 Movie



 Future Studies

探索アルゴリズム

探索走行も32×32を全面探索できるような速度で走るor未探索区間優先度アルゴリズムを見直す。15年は1つ最適経路を見落とし経路選択によりタイムの損をした。近年はマウスの運動性能は拮抗しており、最適経路を確実に求められないと勝ち目はない。

費電力

吸引は本当に必要なのか。そのパワーマネージメントが非常に難しかった。強く吸いすぎるとターン時にトルクが足りなくなる。逆に弱いと加減速時にすべりやすくなる。1セル(昇圧)ファンで負圧を得て、駆動モータにも十分な電流を流すには少し無理がある。実は昨年の機体から未だ克服されていない。


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