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中国からチップ部品が到着ー [ロボット・ドローンを作ってみる!]

Amazonで頼んでおいた10kΩと10μFのチップ部品が到着しましたー。前回のMFT2016で使った手持ちのチップ部品がほとんどなくなってしまったので注文しました。


DSC04513.JPG


抵抗のサイズは1206(1.2mm x 0.6mm)、コンデンサのサイズは0603(0.6mm x 0.3mm)です。一円玉と比べてみました。まずは1206のチップ抵抗


DSC04514.JPG


こちらは、0603のチップコンデンサです。


DSC04515.JPG


コンデンサが小さいので抵抗が大きく感じますね。この前組み上げたESP-WROOM-02 にいよいよモータードライバとともに取り付けます。今週末の宿題ですね。
σ(^_^)
















極小ESP-WROOM-02再び! [ロボット・ドローンを作ってみる!]

仕事をしてばかりでは息が詰まるので、ドローン用のコントローラーとして極小ESP-WROOM-02 を再び作ってみることにしました。苦闘3時間の成果がこちら!


DSC04511-1.jpg


仕様はそのうち披露したいと思います。しかし今回、GNDのはんだ付けにかなり苦労しました。やはり無線モジュールなのでGNDはかなりしっかりしているようです。裏面はこんな感じ。


DSC04512-1.jpg


今回は軽量を目指したので、3.7V -> 3.3V のLDOは省いてしまいました。今まで何度も 3.7VのLiPoバッテリーで直接駆動して問題なかったので大丈夫でしょう。


DSC04510.JPG


トータル重量は1.67gになりました。思ったよりも重くなっちゃったかなぁ。ESP-WROOM-02の重量は1.3gくらいだったので、コネクタとピンヘッダー、接着用のグルーで0.37gも取ってしまったようです。

モーター+プロペラがひとつ0.77g。デュアルFETが一つ0.1gなので二つで0.2g。コンデンサなどの重量はほぼ無視できるので、全体で約5g。バッテリーと筐体の重さを加えて10g未満に抑えたいところです。うーん、できるかなぁ。
σ(ーω ー;








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軽量実装を検討してみた! [ロボット・ドローンを作ってみる!]

非力なモーターのドローンは軽さが命。ということで可能な限り軽量に実装したいところ。基板はそれ自身に重量があるので避けたい。ということで、銅箔テープとカプトンテープ、ポリウレタン銅線(エナメル線)で軽量実装できないか検討してみました。


DSC04495.jpg


今回試してみるのは、0603のコンデンサー。すごく小さい部品です。


DSC04496.jpg


銅箔テープとカプトンテープを張り合わせます。銅箔テープ側はGNDや電源に使います。


DSC04504.jpg


穴をあけてポリウレタン銅線を通し、銅箔テープとはんだ付けします。


DSC04505.jpg


カプトンテープ側にコンデンサと銅線をはんだ付けをしてみました。最初はちょっと苦労しましたが、慣れてくると時間がかからず出来そうです。


DSC04506.jpg


全体重量は0.06g。これなら抵抗やコンデンサなど全体を組み上げても1gにもならないでしょう。


DSC04509.jpg


はんだ付けのときに威力を発揮したのが”はんだ付け用ペースト”。はんだ付け前にこて先に少しつけておくと、はんだがこて先にうまく乗ってはんだ付けしやすくなります。


DSC04520.jpg


あとは部品が揃うのを待つのみ。激安部品を手配したので中国からの空輸待ちです。部品が揃ったら、組上げに入りたいと思います。5月2日までに間に合うかなー。
σ( ̄ー ̄;












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プロペラの推力を測定をしてみた!(2) [ロボット・ドローンを作ってみる!]

ちょっとした事故があり、随分と時間がかかってしまいましたが、新しいバッテリーで推力測定をしてみました。前回の測定の様子はこちらを参照してください。


DSC04489.JPG


こちらが今回の測定結果です。青いのが今回のバッテリで測定した結果で、オレンジが前回の結果です。前回にくらべて若干推力があがっていますが、思ったほど向上していません。

これがこのモーターの限界なのかなぁ・・・。


PropellaThrust.png


だいたい1.7g と少しなので、4つで7gくらい。これではバッテリーを持ち上げるのも厳しいかも。測定方法の問題ということも考えられるので、とにかく組み上げてみて試してみたいと思います。案ずるより産むが易し!
σ(-`ω´-;)






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ミニドローンを買ってみた! [ロボット・ドローンを作ってみる!]

実験ばかりではなかなか検討が進まないので、ミニドローンを買ってしまいました!バラすこと前提なので、一番安いものにしました。


DSC04485.JPG


おもちゃなのでさすがにプロポは安っぽいです。しかしこのミニドローン、いっちょ前にモード2だけでなくモード1もサポートしているようです。使う気にはなりませんが。。。


DSC04486.JPG


アップにしてみると、なかなかカッコいいですね。


DSC04487.JPG


試運転の様子は、そのうち披露したいと思います。
(^_^)/~








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ESP8266で駆動しているFET(モータードライバ)を測定してみた [ロボット・ドローンを作ってみる!]

前回のプロペラの推力測定で途中で推力がダウンしてしまう原因を探るために、FETの様子を観察してみることにしました。


DSC04471.JPG


測定するのは、FETのゲートとソースの間、ドレインとソースの間の電圧です。


VDSandVGS.png


実際に測定をしてみた結果がこちらです。


VDSandVGS_pwm.png


動画だとPWMで変化している様子がよく分かります。





電圧を見る限り特段おかしなところはありません。デューティ100%になったときのドレインとソースの電圧を見てみます。


VDS.png


だいたい 0.01V。ちょっと低すぎる感じがします。データシートを見てみます。VDSが0.01Vで、VGSが3.1Vくらいになります。


datasheet.png


データシートから類推するに、ほとんど電流が流れていないということになります。推力のサチりはどうも、バッテリーが原因っぽいですね。
ε~(=. = )





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プロペラの推力を測定をしてみた! [ロボット・ドローンを作ってみる!]

ついに念願のプロペラの推力測定をしてみました!

DSC04471.JPG


動画で見ると変化の様子が、よく分かります。





PWMのレンジは0-1000までを設定し、100ずつ変更して測定をしてみました。その結果がこちら。


プロペラ推力グラフ.png


最大でも1.4g程度。推力なさすぎ。。。OTZ... デューティ比50%を過ぎると推力がダウンしてしまっています。モータードライバーの使い方が悪いのかも知れません。もう少し調査が必要そうです。
ε=(-. ー )





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プロペラの推力測定器を作ってみた。 [ロボット・ドローンを作ってみる!]

この週末を利用して、プロペラ推力測定器を作りました。いくつか試作を経た後にようやく落ち着いたデザインがこちら。AutoDesk 123D Design で設計しました。


propella_thrust.png


こちらは完成形です。モーターは下向きにつけます。足の底には滑り止めと振動吸収のためにグルーガンでグルーをつけました。


DSC04477.JPG


滑り止めをつけるときに活躍したのが、3Dプリンターのホットベッドです。ホットベッドを加熱しておいて、グルーが固まらないようにして足をつけました。


DSC04465.JPG

DSC04466.JPG


こんな感じで精密秤において測定します。試運転をしてみたら、滑り止めがかなり効果を発揮し、プロペラの回転にも耐えていました。


DSC04470.JPG


さて、どんなデータがとれるか楽しみです。
(^_^)/~






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ESP8266(ESP-WROOM-02)とFET(モータードライバ)でコアレスモーターを駆動してみた [ロボット・ドローンを作ってみる!]

ESP-WROOM-02 で、FET(モータードライバ)を使ってコアレスモーターを駆動をしてみました。手元にTPC8407というFETがあったので、それで試してみました。


TPC8407 データシート http://akizukidenshi.com/download/ds/toshiba/TPC8407_datasheet_ja_20140107.pdf


回路は下記のように組んでみました。本来は電源を3.3Vにレベルダウンする必要がありますが、動作確認なので端折ってしまっています。ESP-WROOM-02 は3.7V入力しても結構耐えてくれますね。


driving coreless motor.png


FETを保護するためのダイオード、コンデンサも手元になかったので省いてしまっています。実際に組むときは考えないといけませんね。

組み上がった回路がこちらです。


DSC04441.JPG


FETは恥ずかしながら空中配線です。(^^;


DSC04443.JPG


それでは動かしてみましょう。スケッチは前回と同じものを使っています。





ポートから駆動するよりもはるかに力強く回ってくれています。これなら飛びそうかなぁ。
σ(^. ^)















ドローンのシステム基礎を学ぶ(13) [ロボット・ドローンを作ってみる!]

年越しテーマとなってしまいましたが、ドローンのシステム基礎の続きです。前回までプロポから、ロール目標速度(Φ target rate)、ピッチ目標速度(θ target rate)、ヨー目標速度(ψ target rate)を設定するようにしていました。


Drone-PID-system.png


しかし冷静に考えると、プロポでヨーの速度(Z軸回転:ψ)を設定するのはなんとなく分かりますが、ロール速度(X軸回転:Φ)、ピッチ速度(Y軸回転:θ)をプロポで設定するのは至難の業です。


drone.PNG


プロポからはロール(Φ)、ピッチ(θ)の目標角度を設定するのが現実的です。ということで、システム図をロール(Φ)、ピッチ(θ)の目標角度を設定するように変更してみました。


drone_basic_system.png


基本的な構成は二段階PID制御システムになります。目標角度(target angle)と測定角度(measured angle)から、目標角速度(target rate)をPID制御を使って算出し、それを後段のPID制御ブロックに渡してPWM値を求めます。

ここで、測定角度(measured angle)を算出には、ジャイロセンサーと加速度センサーを用いたセンサーフュージョンを使います。

センサーフュージョンは下記のような算出式と、DCM(Direction Cosign Matrix)もしくはQuaternion、Kalman Filter などのアルゴリズムで構成されています。

// preΦg、preθg、preψg は前回の測定角度
// Δt はジャイロセンサーの測定間隔
Φa = arctan(-ay/-az)
θa = arctan(ax/√(ay*ay + az*az))
Φg = preΦg + (Φ measured rate) * Δt 
θg = preθg + (θ measured rate) * Δt 
ψg = preψg + (ψ measured rate) * Δt 



センサーフュージョンは、最近は各センサーメーカーから提供されていることが多いので、利用するにあたって詳細まで知る必要はありません。

これで基本的な理論背景はだいたい整ったかな。あとは実践しながら考えていきたいと思います。
p(^ー^)q





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