MCR

福岡工業大学のFITホールで行われた福岡県マイコンカーラリー技術交流会に参加してきた。
だれでも参加できる交流会のため宮崎、鹿児島、佐賀、長崎からも参加があり、合計50人超えるイベントとなった。

午前は井上先生によるAdvanced Classの技術講習。
速くするには覚悟が必要という意識付けの後に
福岡工業高校が全国に出場するようになってからの技術蓄積を
TypeS基板を登載したロボットの設計を通して解説を頂いた。
車体全体の設計思想だけでなく、各ユニットの解説やその加工方法も紹介された。
なお、講義で使われた資料は嘉穂総合高校のサイトにて一般公開されている。
ここ数年で公開された資料の中でも最も濃い物なので、声に出して10回くらい読んでおくと良いと思う。

午後は走行会。
一時間のフリー走行の後に、一人2回走行でのベストタイムによる競技が行われた。

フリー走行では、スタートすら出来ない状況で久々に焦った。
この処理の副作用でスタート時に、スタートバーについて行ってしまう。

人が集まると、面白い物も出てくる。↑これはカッコいい。
3Dプリンタで作られたトラス構造の美しいフレーム。

モータのノイズ対策として端子間に付けるコンデンサと端子－モータ缶に付けるコンデンサの2種類が紹介されていることが多い。
端子－モータ缶に付けるコンデンサの意味は何だろうか？(明確に書いている資料を見つけることができない)
カメラの誤動作ではモータからの放射ノイズが原因だった。
コミュとブラシ部分で発生する放射ノイズ対策が目的だとしたら、モータ缶と電源線をAC的につないで、モータ缶をシールドとして使っていることになる。
ただ、そんなに汚い信号をモータドライバのFETに流すのはなんとなく気持ち悪い。
ということで最初からモータ缶をGNDに繋いでいる。

画像処理マイコンカーの運動性能の悪さの要因の一つに、重心位置の高さがある。
重い照明が高い位置についていることが運動性能を悪化させている。
で、
3mmサイズの砲弾型LEDの超明るいやつを照明に使えば軽量かできて良いんじゃねと考え、NSPW500GS-K1よりも明るい36.1cdの日亜NSPG300Dを試してみた。
結果は

目視での感覚とはかけ離れて暗い。前回ためしたTLCR5800よりも暗い。LEDの配置を調整してみるも殆ど変化なし。
結局、照明の軽量化はNSPW500GS-K1の配置を換えてLED2個分の削減しかできず。

なんでこんなに暗いのかと調べてみると
光度の単位であるcdは人間の目で感じる明るさを基準に作られており、
さらに視覚は緑色の波長の感度が最もよいるようだ。
よって緑色にピークを持つ人間の目で緑色ＬＥＤが明るく見えたとしてても、ほぼフラットな感度のCMOSにとっては明るいとは限らないことになる。
そういえば、岐阜高専での実習でカラーカメラの各色の画素はR:G:B=1:2:1だったと習ってた。

さて、
カメラは白色ＬＥＤのどの光に反応しているのだろうか？
白色LEDの光は強い青色と、その半分以下の強さの緑～黄色の組み合わせで出来ている。
人間の目には緑～黄の色は十分に見えるが
殆ど青色で露光していることになるのだろうか？
青色よりもカメラの感度よい赤色LEDでも
あまり明るくなかった結果があるので良く分からない。

お腹一杯でした。

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十万石クラブさんから宿題をもらっていたので回答

生基板：19.6g
実装済み(電源SW,コネクタ含む)：58g

新品モータと使い古したモータでの静止トルクの比較が上のグラフになる。(2.0Vの定電圧駆動で測定)同じ固体の比較ではないが、古いモータ(赤線)のほうがトルクが小さい。

新品と使い古しモータの差はどこから来ているかというと、大半はコミュの表面状態ではなかろうか？
4ヶ月使用したモータのコミュは上図のようになっている。コミュ表面が酸化している。この酸化によりコミュとブラシ間の抵抗が大きくなるようで、モータ端子間の抵抗値も新品ならば2Ω～3Ω程度だが、使い古した物だと3Ω～5Ω以上の値になっていた。
駆動用のマブチモータを変える目安として、端子間抵抗が4オームを超えたときってのはどうだろうか？（ちなみにほとんど使っていないモータも端子間抵抗が大きくなることがあるが、こちらはモータを低い電圧で少し回してやると端子間抵抗が3Ωほどに落ち着くようだ。）

ところで、参考までに酸化したコミュの表面を紙ヤスリ#600で磨いてみる

表面の酸化膜が取り除かれたため端子間抵抗も2Ω代になった。
そして、そのときの静止トルク特性が↓

静止トルクも大きくなるようである。
しかし、固体が違うとはいえ、新品よりもトルクが大きいのは何故だろう？新品はブラシ面が出ていないためか？

前回違いが分からなかった補助ヨークによるモータ出力の変化について、再チャレンジしてみた。
今回のモータの静止トルクを比較する。
測定環境は上の写真通りで、安定化電源を用いてモータを1.0A定電流駆動させ、その時のレバー端(ピニオン＋長ねじ)に掛かる力を測定する。測定結果にはレバー自体の重さ(約1g)が含まれる。n=2

補助ヨークの種類としてはパーマロイ薄板を幅20mmにカットしたものと、スプレー缶を再利用した0.25m厚の鉄版を16mm幅にカットしたもの、およびそれを2重でモータに巻きつけた物の3パターンで比較する。

モータ内部のコアの位相によりトルクの変動があるため45度づつモータを回転させて計8ポイントで測定した。
で、測定結果は以下のグラフ


円の外側に行くほどトルクが大きいことになる。

考察するならば
・補助ヨークにより5%程度はトルクアップする。
・鉄版の1重と2重での差がないことから、もっと薄い板でも良いかもしれない。

駆動モータが傷んでくると速度計測用のエンコーダの値にノイズが載るようになる。
5ヶ月位使っているモータのせいなのか、エンコーダへのノイズが増えてきた。
4m/s付近から異常に大きな値がでるようになって、その値によるFBのせいで目標速度より低い速度で走ってしまう。
モータを新品に換えるべきなのは間違いないが、そのまえにエンコーダによる速度計測にフィルタを入れてみる。
このノイズ(グラフ青線)の特徴は
・出鱈目な値
・+方向のみっぽい
・たまに入る
なので、エンコーダ信号の2サンプル分の値の小さい方(グラフ赤線)を使用する事にしてみる。
最大でも1サンプル分の遅延なので速度制御にも影響なし。
しばらく様子見をする。

放射温度計によるタイヤ表面温度の測定、室温よりも3度ほど高く測定される。

ここ数年、タイヤのスポンジ材にPORON SR-S-24Pの3mm厚を利用している
柔らかいスポンジだが圧縮による残留歪が非常に小さいため、使っているうちにタイヤがヘタることがなく、20ヶ月程度前に作ったタイヤは今も問題なく使えている。

が、しかし、一点どうしようもない弱点があり
低温時には弾性が下がりタイヤが硬くなってしまう。
硬さの感じも単にガチガチになるのではなく、一度変形すると復元するまでに時間がかかるようになる。
経験上、室温が15度以下になるとグリップは期待できない。
冬場に使うにはエアコン環境が必須となる。

※その前はPORON LE-20の5mm厚を使用していた。LE20のほうが低温時の硬さ変化は小さい。

※スポンジは痛まないが、最終的にはサポート材とスポンジ間が裂けることで壊れる。

センサーアームは長いほど良いが、カメラ誘導ロボットでセンサーアームを伸ばせない(遠くの画像を使えない)理由の一つに坂道頂上で撮影角度が浅くなりコースを撮影できなくなることが挙げられる。(scitecsmcrさんも指摘している)

今回はそれを助ける実装。
ライントレースに用いる画像ラインを自動で選択するようにする。
まずは最も前方を撮影しているラインを計算に使用する。
最前方のラインでコースを見失った場合には、後方(手前)を撮影しているラインを用いて白線の検出を試みる。
こうすることで、坂道の頂上付近では自動的に手前の画像を用いてライントレースすることになる。手前の画素ほどコースとの撮影角度が深くて照明の反射が強くなるため、コースを見失いにくくなる。

教授の記事が読めるのはインターフェースだけ。
RC用サーボモータの概要と、各社のサーボのスペックが紹介されています。

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やっぱりギブアップ。倒立振子作れません。