スキップしてメイン コンテンツに移動

ウォルターの亀の子孫たち


 時は2015年。ロボット掃除機も普通にリサイクルショップに平積みされる時代。

 真の名は自動掃除機。 掃除の定義を集塵に絞り、ダストボックスの中身は人間が廃棄する。
まだ全自動掃除機への進化の余地を残していそうだが、それは制度や家の設計から始める必要がありそうで別の話になってしまうかも。

 立ち寄った中古屋では2~3年前のルンバが多く、ついで低価格な類似機種たち、割と希少な日本の製品と続く。 きれいな状態のものが多く、様々な家庭事情がうかがえる。

 歴史的な視点で陳列棚を見渡すと、ルンバの初代機(Discovery)の箱付き品があった。箱の側面に、ゲンギスからPacbotに至る、iRobot社の歴代のロボットたちが紹介されていて、科学教材のような雰囲気をまとっている。このあたりのいきさつは、ロドニー・ブルックスの著書に載っているのでおすすめ。(Flesh and Machines / ブルックスの知能ロボット論)

 ロボット台車としてのルンバは、DINコネクタを介してシリアル通信によるコマンド制御が可能なのだが、箱も含めてわりとデカい。
 アメリカンサイズゆえに、重くて置き場所に困りそうなので見送る。 かわりに小さめで安いロボットクリーナーをみつけた。 ツカモトエイム製 AIM-RC03というモデル。 ニトリの掃除機コーナーでよく見かける低価格機だ。 ブラシ欠品のため安く手に入った。

 仕様は、14.4Vのニッケル水素バッテリ、充電は手動。 




積みがちなボードコンピューターに足を生やすにはもってこいかもしれない。


中身の観察


足回り




 ネジ一本で止められている筺体底面の蓋を開け、モーターのケーブルを外すとギアボックスごと取り出せた。裏にサスペンション用バネがある。 とても交換修理がしやすそうだ。


ギアはウォームギア、モーターはJXD-RK370(8V 8000rpm)  370系モーター?


基板


 大きく分けて、ニッケル水素電池の充電回路、モータードライバのブロック、センサと制御マイコンがある。
マイコンっぽい石は製造元がよくわからない。

コンパレータが幾つかあり、充放電と健全性確認に使われている。

 モーター電圧はDCDCによって8Vが生成され、足回りの2つのモーター、回転ブラシ用モーター、吸気ファン用モーターに給電されている。それぞれパワートランジスタでON・OFFできるようになっていて、床が検出できない状態などが続くと、モーターは止まるようになっている。

走行モーターはパワートランジスタによるハーフブリッジ回路になっていた。

床検出用の反射センサが3つ、前部のバンパーもフォトインタラプタによる検知だ。 

放浪者

  吸引モーターとブラシのモーターを取り外して、しばらく走らせてみた。 基本的に、バンパーか段差検知が働くと、少しバックして回転し、回避行動をとる。 走行パターンは3つあり、らせん走行や障害物まで直進するバンパー走行、壁伝い走行を数分ごとに遷移する。 場当たり的ではあるが、局所解にはまって行動不能になることはほとんどない。走行パターンの遷移が脱出につながる。

 この製品は、筺体が小さめなことが有利に働いて、狭い通路もはまり込まないし、オフィスチェアーの下を器用にくぐり抜けたりする。 モーター音が静かなら、部屋の中で放し飼いにしてもいいかも…。 バンパーが物に当たる音や、吸気音、走行音が筐体から響いてしまうのがやや難点か。 

廊下を片付けて実験。 明かりを消して、 5分ほどの走行の様子を、本体のLEDの軌跡で蓄積してみた。
 1分露出を5~6枚合成している。 赤と緑のLEDが交互に点滅するので、ホタルが飛んでいるみたいだ。 光の密度でどこでたくさん滞在していたかがわかりやすい。


 壁伝いとバンパー走行の軌跡が確認できる。 らせん走行は確認できなかった。
掃除効率が床の障害物の密度に左右されるので、広いフロアは等間隔に障害物を置きたくなってくる。 自動掃除機ユーザーが部屋の最適化を図りだす動機が何となくわかり始めた。
(高級機種になるとLIDERやカメラを搭載して、環境地図をつくりながら、まんべんなく掃除できることを売りにしている)

長くなったので、改造はまた今度に。

 ウォルターの亀というのは、1950年台にグレイ・ウォルターという人が造った電気仕掛けのロボットのこと。 生物を模倣するために、単純な反応を組み合わせて複雑な行動を生成することを目的に作られている。 壁伝いに周囲をうろつき、腹がへる(バッテリ電圧が低下する)と巣に戻り、自動的に給電を受けるようになっている。
ロボット掃除機たちの祖先といえる。


Popular posts

Arduino Nano Everyを試す

 秋月で売っていたAtmega8と、感光基板でエッチングしたArduino互換ボードを製作してみて、次に本家ボードも買って…  と気が付いたら10年が経過していた。  ハードウェア的な観点では、今は32bitMCUの低価格化、高性能化、低消費電力化が著しい。動作周波数も100MHz超えが当たり前で、30mA程度しか消費しない。  動作電圧範囲が広く、単純な8ビットMCUが不要になることはまだないだろうけど、クラシックなAVRマイコンは値上がりしており、価格競争力は無くなりつつある。 そしてコモディティ化により、公式ボードでは不可能な値付けの安価な互換ボードがたいていの需要を満たすようになってしまった。     Arduino Nano Every https://store.arduino.cc/usa/nano-every https://www.arduino.cc/en/Guide/NANOEvery  そんな中、Arduino本家がリリースした新しいNanoボードの一つ。  他のボード2種はATSAMD21(Cortex-M0+)と無線モジュールを搭載したArduino zero(生産終了済み)ベースのIoT向けボードだが、 Nano EveryはWifi Rev2と同じくAtmega4809を採用していて、安価で5V単電源な8ビットAVRボードだ。  Atmega4809はATmegaと名がついているが、アーキテクチャはXMEGAベースとなり、クラシックAVRとの間にレジスタレベルの互換性は無い。   https://blog.kemushicomputer.com/2018/08/megaavr0.html  もちろん、ArduinoとしてはArduinoAPIのみで記述されたスケッチやライブラリは普通に動作するし、Nano Every用のボードオプションとして、I/Oレジスタ操作についてはAPIでエミュレーションするコンパイルオプション(328Pモード)がある。 公式のMegaAVR0ボードはどれもブートローダーを使わず、オンボードデバッガで直接書き込みを行っている。  ボードを観察してみると、プログラマ・USBCDCとしてATSAMD21が搭載されている(中央の四角いQFNパッケージ)MCU的にはnEDBG

【サボテン】太陽電池の結線

 久しぶりにサボテン計画。 忙しかったり投薬治療直前でだるかったりして、かなり放置していた。 さぼてんも不機嫌そうだ。 せっかくなので、園芸用の水受けに移す。  関節痛で寝込んでる間に、エイプリルフール終わってましたね^^・・・。  太陽電池の展開機構を想像したが、まずは太陽電池の結線を済ませよう。  配線を綺麗にまとめたくていろいろ探していたら、千石電商でぴったりなものを見つけた。 LEDリング基板 というらしい http://www.led-paradise.com/product/629?  本来はチップLEDをリング状にまとめる代物。 イレギュラーな使い道だ。   今度は小径のを買って、GX200のリングライトに仕立て上げよう。   嬉しいことにフレーム径にジャストフィット。 配線を綺麗にまとめられた。   太陽電池の接続部。逆流防止用にショットキーダイオードを入れている。 かなりスッキリ。 蛍光灯下 500ルクスでの実験。 EDLCは10Fを使用。  ちゃんと充電が行われている。 といっても、とてもとてもゆっくりとだけれど・・・。

ATmega4809(megaAVR0)を試す

megaAVR 0という新しいAVRシリーズを試してみた。  小さいパッケージなのに、UARTが4本もあるのが気になったのがきっかけ。 登場すると噂の Arduino Uno Wifi rev2  にも採用されるらしい。  簡単にデータシートを眺めてみると、アーキテクチャはXmegaシリーズを簡素化し、動作電圧範囲を広げたもののようだ。  CPUの命令セットはAVRxtと新しくなっているが、Xmegaで拡張された一部の命令(DESやUSBで使われる命令)が削除されていて、基本的に今までのATmegaとほぼ同じだ。  コンパイラからは、先に登場した新しいtinyAVR0, tinyAVR1シリーズと共にAVR8Xと呼ばれて区別されている。  CPU周りを見てみると、割り込みレベルなど、今までのクラシックなATmegaで足りないなと思っていたものがかなり強化されていた。 ArduinoAPIを再実装するとしたら便利そうなペリフェラルもだいたい揃っている。 データシート P6  DMAは無いけれど、周辺機能にイベント駆動用の割り込みネットワークが張り巡らされているのがわかる。  できるだけCPUを介在させない使い方がいろいろ提案されているので、アプリケーションノートやマニュアルを読み込むことになる。 ピックアップした特徴 ・データメモリ空間(64kB)に統合されたFlashROMとEEPROM ・RAM 6kB ROM 最大48kB (メモリ空間制限のため) ・デバッグ専用の端子 UPDIを搭載 ・優先度付きの割り込み(NMIと2レベル) ・ピン単位の割り込み(かなり複雑になった) ・リセットコントローラ(ソフトウェアリセット用レジスタが実装され、リセット原因が何だったかもリセット後に読み出せるようになった) ・豊富な16ビットタイマ(4809では5基) ・16ビット リアルタイムカウンタ(RTC) ・豊富な非同期シリアル/同期シリアル(USART 4ch、SPI 1ch,TWI 1ch) ・内蔵クロックは最高20MHz(PLL)と32kHzの2種類。外部クロックは発振器と時計用水晶のみ ・ADCは10bit 16ch ・内蔵VREF電圧が5種類と多い(0.55V,1.1V,1.5V.2.5V.4.3V

GPSアンテナをつくる

GPSアンテナを作ってみた。 1575MHzの波長は約19cmなので、半波長で9.5cmとなる。 GHz帯とはいえ、結構長いものだなぁ。 セラミック等の誘電体がなければ、平面アンテナで真面目に半波長アンテナを作ろうとすると手のひらサイズの面積が必要になってしまう。 普通のダイポールだと指向性があるので、交差させてクロスダイポールにする。 屋外地上局のアマチュア衛星用アンテナの設計をそのまま縮小したもの。 水平パターンはややいびつ 92.2mmの真鍮の針金(Φ=0.5mmくらい)を2本用意して、42.3mmで90°に曲げる。 長さの同じ素子同士を並べて配置する。 (全長が半波長より長い素子と短い素子が交差した状態) 片方をアンテナ信号線、もう片方をGNDにつなげば完成。 実際5分くらいでつくったけれど、果たしてどうだろうか。 今回は、道具箱に眠っていた表面実装タイプのMT3339系モジュールに取り付けた。 アンテナはもともと3x1.2mm程度のとても小さいチップアンテナで、 LNAが入っているけど感度が悪かったのでお蔵入りしていた代物。 最近の携帯機器はみなアンテナに厳しい。 さて・・・ クロスダイポール版モジュールをPCでモニタしたウインドウ(左)と、QZ-Rader画面 東側に建物遮蔽があるので、そちら側の衛星はSNが悪い。 とりあえず補足できた衛星数はシミュレーションされたものとほぼおなじだった。 アンテナの角度をいろいろ振って、逆さまにしてもロストすることはなかった。 セラミックのパッチアンテナレベルにはなったかな・・・。 簡単にできてそれなりに測位するけれど、携帯性は皆無になった。 あと、近接周波数の干渉を受けやすいかもしれない。 GPSアンテナのDIY例としては、QFHアンテナもある。 ラジオゾンデなどで使われている例がある。 いつもお世話になっているQFHアンテナ計算シートのサイト https://www.jcoppens.com/ant/qfh/fotos_gps.en.php ヘリカルアンテナは加工精度の難易度が上がるので、今回はクロスダイポールにした。 GNSSとなると、複数の周波数のために調整されているセラミックパッチアンテナが有利だと思う。 セラミックパッチア