マイクロマウス2023

大会を運営してくださった皆様ありがとうございました
探索と目標にしていたパラメータでのゴールに成功しました。そして運よく3位入賞とベストマウサーを頂きました
この２週間前の大阪電気通信大学自由工房での試走で課題を出しきったおかげでもあります

本番では久々に壁の少ない迷路の登場になり、探索走行ではほとんど全面探索になるほど振り回されました

２走目はベストマウサーの評価基準の「１回目のスタートから最初に操作者がロボットに触れた時までの最短完走時間を記録したマイクロマウスを評価する」の「ロボットに触れる」は物理的に機体に接触せずに例えば赤外線センサで操作するのは基準に適合するのではないか？などと思いながら（自立賞のノータッチにも同様の疑問）、探索完了後の7秒間に機体に外力（たとえば速度や回転）がなければ次の走行に移るロジックを実装したものが功を奏しました

３走目のパラメータは以下の値で予定していた最大パラメータです。九州地区大会よりも遅くしています
直線の最大速度は4.5m/s、加速度は25m/ss
斜めの最大速度は4.3m/s、加速度は22m/ss
ターン速度は1.4m/s

素晴らしい大会を運営してくださった皆様、ありがとうございました。

ピニオンの固定からもう少し工法を変えてみた
ロックタイトでの固定に追加して、シャフトとギヤの境界部分にメタルロックを塗布。
そして、歯車の１歯の側面と、その１歯に接するシャフト部分とにマジックで色を塗る。もしピニオンギヤが滑った場合にはギヤとシャフトで塗布の位置がずれるためピニオンギヤの滑りを発見できる

ハーフサイズマウスの収納にちょうどいいサイズのタッパーを見つけたので紹介

このミニパック角4P100mlx4は内寸法が75mm x 55mm x 25mmくらいでハーフサイズマウスより一回り大きいちょうど良いサイズだった

一番上の写真の中央（黄色の機体）では、ケースにマウスの外形と同じ型の固定具を作り、両面テープで固定して、マウスがタッパーの中で暴れないようにしている

しばらく使った感覚では、先の基板版のエンコーダに劣る部分はなさそう。
さらに、もしかしたらLEDの電流をもっと小さくできるかもしれない。これは来年度試す

さて、このメタルマスク版エンコーダディスク。メタルマスクで作成したのは前の記事で触れていたのだけど、そのオプションについては書きそびれていた
このメタルマスクはJLCPCBで作成していて、作成時にElectropolishingのオプションを選択している。日本語で電解研磨というもので表面の凸凹を溶かして平滑で光沢のある仕上げにする処理だそう。
本来は狭ピッチ部品の実装品質をあげるためのオプションだけれど、今回はその処理がエンコーダディスクにうまく合致したようだ。

次に、話は変わって、このエンコーダディスクをメタルマスクの板から切り出すときの方法。今回はエンコーダディスクから延びる4つのタブ部分をカッターで切ってみたら、カッターの刃先と切断部の伸び？のせいでエンコーダディスクに応力がかかって、薄板なエンコーダディスクが曲がってしまった。
少しまがったエンコーダディスクでもセンサの読み取りには問題は見られなかったけれど、たぶん、リューターをつかって応力を少なくする切り出し方を試したほうがよさそうだった

光学式エンコーダNJL5820Rの続報で、エンコーダホイールをメタルマスクで作ってみた。その組み立て編

3Dプリンタで作ったホイールにPOM製の平ギヤと、ステンレスのエンコーダ孔を組付けたもの。ホイールは回転軸中央が凸形状になっいて、その凸部に平ギヤの中心の孔と、エンコーダ板の中心の孔とをはめ込み、接着して組み立てる

ホイールと平ギヤの接着にはセメダインPPXを使う（作業時間的に瞬間接着剤は使いたくないけれど）。接着剤はホイールの凸部から少し離れた周辺に塗布する(図の黄色箇所)。凸部のエッジにも塗布するとホイールと平ギヤとの間に隙間ができてしまう。これは平ギヤをはめ込んだ際に接着剤の逃げる場所がなくなるためなのか？

平ギヤとエンコーダ板の接着は時間余裕的に瞬間接着剤ではないものを使用したほうがよさそう。

タイヤ直径は31mm、幅は14mmと10mm。硬さはMini-ZのLMハイグリップタイヤ(20°)よりは硬くて30°～40°くらい？

　この記事はMicro Mouse Advent Calendar 2023の2日目の記事で、昨日の記事はなおフィスさんの「マイクロマウスで使ってるテストについて」でした。丁寧にモードを準備していると開発サイクルも短くできそうです。そして、「導入：テストの重要性」の項は必読

　マイクロマウスを走行させると壁にぶつかったり制御を失敗したりしてクラッシュする時が多々ある。クラッシュした後にさらに駆動モータやファンモータを動かし続けているとそれらのモータが故障したり、マイクロマウス本体が破損したりする
　そのため、クラッシュ時には即時に各モータを止めたいと思うものの、一方で、軽微な壁への接触や制御目標値との差で止めるてしまうと完走できるはずの走行を諦めてしまうことになる
　そこで、今回はそのようなジレンマを解消できるかもしれない異常状態の判定を紹介する
　マイクロマウスSpangle V5にはクラッシュ判定として①直線走行時に速度が閾値を下回る時間が続く場合②目標角度との差が閾値よりも大きい場合③ターン走行中に制限時間を超えた場合、の3つを搭載している

　一つ目の処理は具体的には、速度が目標値の半分よりも遅い時間が0.5秒続いた場合に異常状態と判定する。こうすることで、駆動モータが停止にいたらない状態を検出できる。また、一瞬の壁への接触などで一時的に速度が低下した場合の誤判定を防げる。
　二つ目の処理は具体的には、直線走行(斜め直線も含む)に中に目標角度に対して30度ずれた場合、ターン中に目標角度に対して90度ずれた場合に異常状態と判定する。これによりターン中にスリップして角度が著しくずれた場合、斜め直進中に壁に触れて大きく姿勢を崩した場合といった場合を検出できる。
　三つ目の処理は具体的には、各ターンの曲がり始めから曲がり終わりまでに0.5秒の制限時間を設けるもので、その時間を超えた場合、すなわち壁に当たった状態が続く場合、あるいは、(バグで)処理が終わらず回転を続けた場合を異常状態と判定する。

　そして、上述の３つの判定のいずれかで異常状態を検出した場合は停止処理に移行する。停止処理は駆動PWMを0%(ON-Break方式のBreak状態)に設定して、機体の回転と速度が止まるのを待ち、止まったのを確認できたら吸引ファンの回転を止める。これにより安全に機体を停止でき、(吸引ファンを回し続けることによる)モータの消耗も抑制できる

明日は「私のセンサ回路について」です。どんな回路構成が出るか楽しみです

文化祭で賑わう熊本高専で開催された九州大会に参加してきた。いつもなら模擬店でご飯を調達するけれど今年は熊本B級グルメのちくわサラダを調達。罪の味がして美味しい
大会は遠方からの参戦も多くて過去最大の参加人数だったそうで、いつもより長く競技を見ることができた

目を動かし瞬きしながら走り回るM社むぶあい

個人競技成績は60ms差で2位。課題もみつかったし有意義な大会でした。大会を運営頂いた熊本高専の皆さまありがとうございました

　モータに流れる電流の脈動を抑える意図ではなく、バッテリからの電流の脈動を抑えれたい目的で一旦試した。そして以下の2点が気になった
　一つ目、モータの印加電圧に対する回転数の低下。バッテリの放電能力が低い物と組わせた場合に制御値PWMを100%にしても機体のヨー加速が目標値に達しない場合がでてきた。、Lのインダクタンス成分というよりDC抵抗の影響かもしれない
　二つ目、こちらもDC抵抗の影響で、左右モータとLを合わせた状態でのPWMと回転数の特性が合わない。モータのバラツキはほぼ影響はないけれどインダクタの影響が大きく結果左右で10%の差が出てしまった
　どちらももっとサイズの大きなDC抵抗の小さい物を選べば改善するかもしれないけれど、今回は搭載を取りやめた。

今年度のマウス(spangle V5)から導入したエンコーダについて紹介する。今回導入したエンコーダは日清紡マイクロデバイス社のNJL5820Rという反射型のエンコーダICを利用している。このIC(NJL5820R)は0.25mm／0.25mmの反射面、非反射面のミラーを組み合わせて動作するもので、今年度のマウスではこのミラーを円形のPCBにしてエンコーダ板を作っている。

エンコーダ板は金フラッシュ処理されたパターン面とつや消し黒のレジストとで、反射面と非反射面のスリットを作っている。スリットの数は50で、円の直径8mm(≒(0.5mm*50個)/3.14)のところでエンコーダのスリット幅が合致して、かつ、ハーフサイズマウスのホイルの直径に収まる

このような構成でつくるエンコーダについてのノウハウとして、というか今回嵌った点について記録を残す。フォロワーの設計の参考になれば幸いである
・エンコーダ板とNJL5820Rとの距離
　0.5mmを前後にしてあまりシビアでは無さそう
・NJL5820Rの発光LEDに流す電流
　電源3.3Vに抵抗200Ωを組み合わせて10mA(≒(3.3V-1.4V)/200Ω)を流している。当初5mAを流している時にパルスを読み落とす場合があったのが電流を大きくすると解決した
・エンコーダ板の汚れ
　エンコーダ板の金フラッシュが”くすん”でいる物を使った場合にパルスを読み落とす場合があった
・壁センサとの干渉
　壁センサの光を受けてパルスカウントが増える場合があり、壁センサの発光LEDの後ろ側を遮光すると解決した

・センサの発光側をエンコーダ板の内側にするか外側に配置するか？
　エンコーダ板は直径が小さくエンコーダ板の8mmの位置の内外によってスリット幅が大きく変化する。そしてNJL5820R発光側と受光側に1mm程度の距離がある。そのためNJL5820Rの発光側と受光側のどちらともを理想的なスリット位置に配置することはできない。今回は発光側を外側にして受光側を内側に配置したが、逆の方が発光の反射光を多く出来て良い(発光LEDに流す電流を小さくできる)のかもしれない（未検証）
・黒レジストの下のパターン
　今回はエンコーダ板の表面に不要な凹凸がないほうが良いと考えてレジストの下にもパターンを残したが、可視光で黒色に見える黒レジストが赤外光に対して”透過しない”かどうかが分からない（未検証）