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倒立振子ミニマムサイズ 製作から一気に完成まで

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構想図がまとまったので、早速機体の製作にとりかかります。

 まず、モーターを取り付けるベースプレートを製作します。CAD図面をもとにアクリル板を工作します。
 出来上がったベースプレートに電池ケースを取り付けます。
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つぎは、DCモーターの取付です。モーター本体をプレートに瞬間接着剤で貼り付けます。
d0335326_17075050.jpg
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 配線の取り回しです。これでベースプレートは完成しました。今回は、ヘッドランプを付けてみたいのでベースプレート前方の白い板はそのためのブラケットです。

d0335326_12313706.jpgコントロール基板の製作にかかります。使用する基板はサンハヤトのICB-88、47×72mmという基板が今回はピッタリサイズなのでこれを使用します。

 いったん、すべての部品をCAD図面にしたがって仮置きしてみます。
d0335326_12313454.jpg電源とグランド配線は出来る限り単線で製作します。
電源とグランド線を半田付け完了しました。
後の信号線は被覆線で配線していきます。
 配線作業のコツは一か所半田付けしたらテスターでその都度導通を確認していくことです。これで完成後の試運転での不具合がかなり少なくなります。
5V,3.3Vの電源回路までを完成させてこの部分だけで一旦試験してみます。
つぎにマイコン回路を完成させて、今回は13ピンにつないだLEDを点滅させてマイコン回路を試験します。
つぎにMPU6050,nRF24L1というふうに個別に確認をとっていきます。
面倒なようですが、完成後の不具合を検証する手間に較べるとはるかに楽です。
d0335326_12313906.jpg
今回もマイコン回路が作動しない不具合発生、原因は今回削除したリセットボタンと同時に10K抵抗も削除してしまったのが原因と判明しました。
これですべての配線が完了しました。完成した基板を眺めていると、まだまだスペースに余裕がありそうです。頑張ればまだまだ小型化は出来そうですが、モーター周りの寸法をつめなければならないので今後の課題です。
機体が完成しました。重量は126gでした。測距センサはまだ取り付けていません。
d0335326_13581357.jpg
 以前に作った機体との比較です。ずいぶん小さくなりましたが機能的にはまったく同じです。
d0335326_13581512.jpg
通電試験OK、とりあえず前作のプログラムを使って試運転というところでトラブルです。ジャイロセンサーの電源をショートさせてしまいMPU6050は敢無くオシャカです。ピンソケットに取り付けたMPU6050がグラつくので支えのステーを細工しているうちにショートしたようです。MPU6050をアリババに再発注です。工作するときは電源切りましょう。しばらく試運転はおあずけになりました。

部品待ちの間に測距センサーの試験をやっておきます。測距センサーは定番のSHARP製のGP2Y0A2YKを使います。本体に組み付けた様子です。ケーブルはコネクタを使わずに直結してあります。

d0335326_11203872.jpg

距離計測のプログラムはごく簡単で以下の様なものです。
void setup(){
pinMode(0, OUTPUT);
}
void loop(){
int vout;
int distance;
vout = analogRead(0);
distance = (6762/(vout-9))-4;
}
これを倒立振子プログラムに組み込んで試験のために距離10㎝で車輪が
ストップするようにしてみます。動画のとおりうまく作動しているようです。
これで、リモコン運転中に障害物に近づけば停止するなり、バックするなり、
その場で転倒させることも出来るようになるはずです。

発注しておいたジャイロセンサも届いたので試運転です。試運転の結果車輪を交換してみることにします。きっかけはビニールレザーの机上と木製フロアーでは明らかに走行性が違い、ビニールレザーのほうが操縦性に勝ります。走行面とのグリップ力が影響しているのかもしれないと考え車輪を交換することに、結果はやはり柔らかいゴム製車輪のほうが操縦は容易になります。

車輪交換の副産物ですが、従来が車輪径35㎜だったのに対して、交換した車輪は30㎜と車高が2.5㎜下がったことで面白い動きをするようになりました。転倒した際に従来もたまに自動で起き上がることがあったのですが、車高を下げたことで転倒の際に機体下部の電池が地面に接触しその反動で機体が確実に起き上がってきます。転倒するたびに起き上がらせる面倒がなくなりました。
 ということで、ジョイスティックでの走行状態を動画にしてみました。
最後に測距センサの作動具合を試験してみます。
障害物との距離が近づけば停止、バック、右旋回ということにしてみました。
この動画ではジョイスティックから指令はださず完全に自立走行の状態です。
 
あちこちで頭をぶつけ、倒れても,倒されても起き上がり、右往左往するうちに自分の行き場を見失うというかつての我が身を見ているようでなんだかせつなくなります。

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