毛虫計算機:Blog

 夏といえば、統合試験と環境試験が立て続けに始まる季節。発生する怪奇現象（不具合）を退治し、スケジュールで肝試しを行っていたら、いつのまにか夏は終わってしまった… その脇で、 前回 手配線した独立電源試作機の実験結果をもとに基板のアートワークを行い、新型OBC基板と電源基板、化粧板をelecrowに発注。 KiCADのボードをVRMLで出力すると、Windows10の3Dビューアで簡単に表示することができる。  5㎝角以下だと最安値になるので、試作にかかるコストはどんどん下がっている。 もう手配線はよっぽどのことがないとやらなくなってきた。 OBC644-10D rev:E OBC基板もバグ修正と端子増設でバージョンアップしている。 ・SPIとFTDI配列を統合し、GPIO2つとシステム電源電圧（3.3V）出力端子を追加。 外部基板のIC(デジタルセンサやレベル変換、バススイッチ)にもシステム電圧が必要だったのと、UARTとSPI用の制御用端子として新たにGPIOを引き出した。 ATmega644のGPIOピンをすべて利用できるようになった。 https://github.com/kentN/OBC644-10D 拡張基板スタック OBC644用の拡張基板だけど、ピンヘッダ継ぎ足し地獄は無駄に階層が増えてしまうので、2層基板を2枚重ね合わせてみた。疑似的に４層基板となる。貼り合わせる面にクロストークが心配な配線は避けよう。 　  裏面はSPI-ROMが2つ乗るので、そのエリアを避けて基板外形を設定。　OBC644基板は１mm厚、拡張基板は0.6mm厚で発注していて、張り合わせれば1.6mmの標準の厚みとなる。 　2つ重ねてピンヘッダにはんだ付けするので、貼り合わせでシビアな工程は特に無い。 今回は試しにu-bloxのMAX-M8Qと、マイコンの書き込み用に基板対電線コネクタ（GH5ピン）を搭載した。 単体でGPSロギングにも使えるだろう。   アンテナはU.FLコネクタを設けて、外部から引き込む形にした。 電源系統＆構造体    手配線プロトタイプとほぼ同じ構成の電源系統とした。太陽電池は2系統入力可能。　キャパシタバ...

リトープスという多肉植物を昨年から育てている。基本放置なのでよく世話を忘れてしまい、枯死寸前になっていることが度々あった。なんとか徒長（日照が足りず背が伸びる現象）だけは防げている。 　話は変わって、OBC644基板用の独立電源を試作してみた。これも基本放置を目指したい。 蓄電はスーパーキャパシタのみの簡素な構成にした。圧倒的にエネルギー密度が低く、リーク電流も多めと、蓄電系として見た場合のデメリットは多い。しかし代わりに過放電による永久故障はなく、温度条件なども緩めだ。 　便利なエナジーハーベスト用電源ICを使ってもいいけれど、今回は自由度の高いディスクリート構成にした。　といっても、 ソーラー目覚ましキーホルダー（2012） に毛が生えた程度だ。 容量違いで2種類のキャパシタ系統を組み合わせた。 基本的なモードとして、 （初期充電）完全放電からの復帰 ・コンデンサバンクの充電判断 ・コンデンサバンクの電源系統への接続 ・過充電抑制 がある。マイコン側では2つのコンデンサの電圧を監視している。　電圧のみで残量推定ができるので、エネルギー管理はとても簡単だ。 　太陽電池はダイオードORで小容量（0.22F）のEDLCを充電する。光が当たれば、数分後にマイコンが起動する。 　大容量EDLCは電圧上昇に時間がかかるので、上流、下流ともデフォルトでは切り離されている。主系統への接続と充放電管理はソフトウェアで行う。 下流側は電圧降下を抑えたいため、あえてダイオードORしていない。 簡素化のためにレギュレータの降圧モードのみなので、マイコンのBOR電圧を下限として、コンデンサバンクから使える電位差分の静電容量は約150クーロンほど。だいたいコイン電池くらいになる。 　とりあえず日照がある間は、時折GPSを作動させたり、カメラ撮影するといったミッションをこなせる規模になる（はず）　蓄電が小規模なので、小さい穴の空いたバケツをやりくりするイメージ。 無線モジュールで定期的にテレメトリを送信するところまでは実装して、日中は屋外に放置してみた。快晴では満充電に到達するが、曇った日でもテレメトリ送信に支障がないレベルの発電ができている（下グラフは薄曇りの日のテレメトリより）小型筐体なので日照を浴びると50℃付近まで上がってしまう。 ...

 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...

3年寝かせて熟成した筐体の、補修と制御系の更新が一段落した。 外見は相変わらずだけど、タイヤの接地面だけ新しくしてみた。　中央部は4ストライプとなり、石のような障害物を乗り越えやすくしている(当社比) 外側に起動スイッチを設けた。 システム的な追加点は2つ。 映像撮影機能 FlyCamOne ECOという720PのH.264動画撮影が可能な模型飛行機用のSDレコーダーを搭載。 秋葉原で普通に買えた。 ボードからカメラモジュールのFFCケーブルが10cmほど伸びているので、カメラモジュールを引き出して、外側の進行方向に取り付けている。 どういう映像が撮れるかについてはこれから走行させて試そうと思う。 サーボコネクタ経由で撮影の制御も行えるが、まだうまく記録開始ができないので手動で開始している。 非接触充電(Qi)  モバイルバッテリにQi充電機能がついていたので、コイルを外に引き出してみた。　充電器は数千円の製品。　一般的な5W出力タイプだ。 これでコネクタ等をつなげること無く充電ができる。　 自律走行させて、自分で巣に戻ってきて非接触充電できるようになったら良いな。

車体を改修したので、週末に制御系と通信系、電源を実装した。　これらは3年経った現在のハードウェアやDIY文化の恩恵をだいぶ受けている。 システムを遠隔操作ラジコン的に使うためなら、XBeeをそのまま使う手もあったが、BluetoothのUSBドングルをマイコンに接続し、タブレットをコントローラにして制御するのが安価で先行例も豊富だとわかったので、早速試してみた。　 プラットフォームはmbed　(これも2010年の大垣Meetingで買って放置していた…) ほとんどの手順は、こちらのサイトを参考にしました。 『BASIC!』でAndroid端末とmbedをBluetooth SPPで接続する実験（その１） http://blog.goo.ne.jp/roboz80/e/a1d2f2643c7bce63114cf79c732dc41b タブレットでの操作については、GooglePlayで公開されていた　Bluetooth Serial Controlerにて、コマンド列の定義と、ボタン登録を行った。　   https://play.google.com/store/apps/details?id=mBluetoothSerialController.nomal&hl=ja (Nexus7用のバージョンもある) 　送信データのエコーバックを有効化すると次第に動作が鈍くなるのでOFFにしておく。今のところ、アプリを立ち上げ直すとコマンドの末尾に勝手にスペースが追加されるバグ?　があるみたいだ。 　 Nexus7で Xperia Rayで Spinner Oneの操作体系はどちらかと言うと2WD車に近いが、作った本人があまり無意識な操作をできていないので、まだまだUI的には改善できそうだ。 バッテリ バッテリはいずれ専用の充放電保護回路を実装する予定だが、今は楽をしたいので、モバイルバッテリを改造することにした。　18650を1セル使ったパナのモバイルバッテリから、昇圧5Vと、モーター用に直に電池出力をもらう。　 　USBポートからシステムへの給電だが、データラインを短絡状態にしないとバッテリ側の管理マイコンで負荷が認識されず、10分でオートパワーオフされてしまった。　D+とD-を100Ω...

　2010年に制作して以来、ゴタゴタしてあまり触っていなかったSpinner Oneを最近整備している。　ローバー関係は、輸送用BOXにそのまま保管していた。 　今回は本体の補修。破損箇所を作りなおした。 　過去の走行中に腕となるサーボモーターと、スタビライザーを固定している円形のアクリル板が局所的に割れてしまった。あきらかに素材選定ミスだったので、アルミ板で作りなおす。 趣味的には初めてCADで設計して加工したシャーシなので、色々と思い入れがある。 アルミ円盤の配線用穴あけが終われば、フレームとしては整備完了となる。 大きめの穴の加工については、春に鉄工用のステップドリル刃を買ったので、固定に気をつければ穴あけがとても楽になった。　そのうち卓上ボール盤とクロステーブルを買って、精密加工したい。

計画凍結状態だった観測ノードの回路実験ふたたび。　まだ治具作っただけですが。 120FのEDLC(電気二重層キャパシタ)と1Wの太陽電池(2V 500mA)を日向に放置してみたときの写真。　10分くらいで満充電状態。今回は太陽電池の最適動作点とEDLCの耐圧が近いので、逆流防止ダイオード以外は挟んでいない。 　このままニッケル水素充電池の単セルを充電するようにするとちょうどよさそうな気がする。ちょっと発電しすぎなので、セル面積を減らすか、負荷の消費を増やさないと問題になってくる。 　 FETはEDLC、電池の充電回路の切り離しと、太陽電池のダミーロード(LED?)等の負荷切り変えにつけるとよさそうだ。ここはマイコンの介入は無しにする。 今回の試験用治具の構成。　 FemtoCubeの回路をスロットインしている。 DCDCコンバータで3．3Vを生成して駆動している。 気圧、気温、キャパシタの電圧をモニタできる。 Xbeeを除くと、センサ駆動時以外はスリープしていて、0．1mA程度しか消費しないので、今回の電源回路はだいぶ過剰だ。　JPEGカメラとかも駆動できるだろう。 おまけ。　ダイセンのモーターをキャパシタで回したところ。定格3~6Vなので、2V以下だとゆっくり。 ただし30分くらいは平気で回っている。　ロスの少ない低電圧モーターなら、もっと回りそう。 部品　 1W太陽電池(OptoSupply製)　 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-05205/ 120Fスーパーキャパシタ　　　 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-05279/

ローバー向けキラーアプリであるコンパスを試してみたい。 とおもってお金をケチった結果、デジタルコンパスではなくデジタル3軸磁気センサを手に入れてしまった。 mag3110  http://www.freescale.com/webapp/sps/site/prod_summary.jsp?code=MAG3110 Breakout  http://www.sparkfun.com/products/10619 HMC6343のような傾き補正付きデジタルコンパスモジュールとして入手できるものは、3軸磁気だけでなく、加速度から得られる姿勢情報なども含めて色々と処理をしてから方位角を算出してくれる。そこら辺はユーザー側ではあまり気にせずに済む。 対して、この3軸磁気センサは3軸の磁界強度を得られるシンプルなモジュール。 シンプルなので色々と計算しないといけない･･･。 色々文献を漁って、回り道をしたけど、適当に本体を360°回しながらX,Y軸の磁界強度をグラフにプロットするとこういうモノができた。 mag3110でのXY磁界の強度変化グラフ(鉄製のテーブル上にて) おお･･･ちょっと計測点が少なすぎたけど、ちゃんと円を描いてる。 (X軸のスケールはスルーで・・・) まずは磁界強度で描かれた円の中心がわかれば水平での方位角を求めることができそうだ。(Sparkfunで見かけたソースでは、中心を出す計算が省かれており、方位は出てこない･･･) 調べる中で、地方磁気の角度とか、軟鉄/鋼鉄など、磁気を帯びた物体上での撹乱などについても文献を見つけたが、とりあえず中心点のキャリブレーションをしてから使うことになりそうだ。 このセンサを使うにあたって、いくつか注意点としては、磁界が近くにあると正常な値が出せないこと。 特に小型ローバーはモーターが近いので、センサ周辺は磁気遮蔽用のアルミテープを貼っている。　覆う前は5000近い値まで出ていたが、現在は安定して地磁気を拾えるところまで来ている。 3軸磁気センサと磁気遮蔽アルミテープ　横は加速度センサ もし路面付近に強い磁気を帯びた物体があったらと思うと、ナビゲーションには限定的な使い方しかできないのかなあ･･･...

可変径車輪を有する一輪ローバーの開発3 小型ロケット、無人航空機などのサブペイロードとして搭載されることを想定した小型軽量、最小限の探査車として、一輪ローバーSpinnerを開発した。( 文献1 ) Spinnerは一輪と方向転換のための一自由度の腕を備えている。EMモデルは容積1Lで500g以下の重量を実現している。 この1輪モデルの試験走行を経て、設計の効率化を図り、可変径1輪車のコンセプトを提案した。( 文献2 ｢ SpinnerX ｣ ) この文章では、SpinnerXの改良案を述べる。 論文のような序文はここまで。 また次世代Spinnerを思いついたので、その機構をまとめる。 SpinnerX　(シーソー型?) SpinnerXで構想したシーソー型可変機構の場合、実は2つの手強い課題がある。 ･耐衝撃性 ･可変ゆえの不安定性  機構自体を試作してみて、折れない/たわまないことが証明できるものを作るのが難しかった。 また、角度調節用のサーボから伸びた軸が足につながっているのだが、そこに衝撃が集中して壊れてしまう可能性が高い。。 この機構にこだわって、衝撃を伝えない方法を考えるのもいいけれど、機構や調整方法が複雑化するのは避けたい。 スムーズな進路変更を犠牲にしても、今まで通り腕で済ませたほうがよっぽど信頼性を確保できる。 変えたいのは左右の接地面の高さだけである。　シーソー型の良いところをとりつつ、簡単で壊れにくい仕組みは無いだろうか･･･。　 メカトロ以前のメカニクス的な機構を考えるのは楽しい。　SpinnerX以降、機構の検討は放置していたので、いい具合に思考がリセットされていた。 新しいスライド案も、友人のスライド式携帯の動作を見て思いついている。 < スライド式可変径機構の仕組み> 本体回転式の機体はSpinnerXを受け継ぎ、接地面をアーチ状のリボンに置き換える。リボンは柔軟な物質でできている。 リボンは片端を車体の端に固定され、もう片端はスライド可能な板材に固定する。 この板をスライドすることで、リボンのアーチはスライドした側に高さが偏る。板にサーボ機構を組み込むことで、可変車輪径が成り立つ。 この機構の場合、サーボの駆動軸は車体と水平で、...

空想宇宙機シリーズ。　とはいえ今回は少し現実路線から･･･ < 遠い道のり > 1輪探査ローバー "Spinner" を作って1年以上。手元においておくといろいろ思考が進んで楽しい。 "Rover"　という語源からして、放浪する探査機械というものを夢想して製作してみたが、今のところ、この機械が運用できるのは何もないグラウンドや広場に限られる。 現実を見ると、XBeeは打ち上げ角の関係上、地上間では数十メートルしか交信できないし、バッテリは数時間しか持たない。　車輪に貼りつけた太陽電池は全電力を賄うには(数日の充電期間が許されないなら)足りないし、なによりもセンサ不足なのでちょっとした地形の変化に対応できない。そもそも探査してない。 これが現状。そもそも大きさとコストを限定した時点で、いろいろと物理的にできることが限られている。動画ではいいところばかり編集できるので、つい自分も騙してしまいがちだけれど。 色々あって実機の開発は中断状態だが、こうした単純なロボットを活かすための枠組みを幾つか考える中で、すこし面白そうな手法を思いついた。 < ヘンゼルとグレーテル > 何の変哲もない砂漠に降り立ち、GPSなどの航法システムも存在しないとき、周りを探検しろと言われたらどうするか。 人間なら(生命の危険を感じないとして)、まず降り立つ場所を基準として、道しるべを求めるだろう。周りに目立つものがなければ、何らかの目印を置くことにする。(天文学をかじっていれば、日時計と星座により方角と現在地もわかるがここでは省略)　　　 この道しるべだが、人間でなくロボットが置くとすると、ロボット自身が迷いなく認識できるものが望ましい。　視覚では対象の環境が単純すぎたり、逆に特徴が多すぎたりすると使えないので、あくまでサブシステム。 < 一寸の虫にも五分の魂 > そのお手本となりそうなのが、蟻の行動。 行動生態学の領域や、知能ロボットの分野では、蟻の探索行動が研究、応用されている。その行動にはフェロモン、太陽の偏光、触覚などの知覚が関与しているらしい。　フェロモンだけと思っていたら、巣周辺の地表を荒らして初期化しても、蟻は他の様...