EAGLE Library追加公開

EAGLE Library追加公開

＜概要＞

EAGLE(回路図CAD)用の自作した部品Libraryを追加公開します。
EAGLEはVer6.2.0を使用しています。
ダウンロードした拡張子“.lbr”ファイルを、EAGLEの”lbr”フォルダの下に入れれば使用できます。

Googleドライブ：
https://drive.google.com/folderview?id=0B_-iH9ny-AE-ZWJmdWM5WV9WZXM&usp=sharing

Library一覧は、フォルダ内のwordファイルにあります。

今回追加したデータ
BD6211：Ｈブリッジモータドライバ
HT7750,HT7733：PFMステップアップDC/DCコンバータ
USB-A：基板取付用USBコネクタ(Aタイプ、メス)

以上

EAGLE 自作Library公開

EAGLE 自作Library公開

＜概要＞

EAGLE(回路図CAD)用の自作した部品Libraryを公開します。

EAGLEはVer6.2.0を使用しています。
ダウンロードした拡張子“.lbr”ファイルを、EAGLEの”lbr”フォルダの下に入れれば使用できます。


Googleドライブ：
https://drive.google.com/folderview?id=0B_-iH9ny-AE-ZWJmdWM5WV9WZXM&usp=sharing

Library一覧：
https://docs.google.com/file/d/0B_-iH9ny-AE-bzNPcDhEYldyVmc/edit?usp=sharing

＜EAGLE Library 自作データ一覧＞

（上記"Library一覧のリンク先のデータです)

 

 

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿スペーサ代用

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿スペーサ代用

＜概要＞

プリント基板を重ねて設置・固定する場合に“スペーサ”を使用します。

各種スペーサ

用途に応じて長さを選択しますが、ちょうど良いスペーサが手元になかったので、量産型スピナーでは、M3ネジで代用しました。最初はネジとナットだけで使用していましたが、振動でナットが緩み基板の位置がずれることがありました。

ネジ・ナットだけの固定

このナットの緩み防止対策と、ネジ山にリード線が触れて傷つくのを防ぐために、ABS丸パイプをネジに差し込んで基板位置を固定できるようにしました。

ABS丸パイプ

ABS丸パイプは外形5[mm]、内径3[mm]のものを使用しました。これはホームセンターの素材売り場にありました。内径が3[mm]のパイプであれば何でもよいです。


 

ABS丸パイプとM3ネジ

このABS丸パイプを必要な長さに切り取り、M3ネジに差し込んで使用します。

ABS丸パイプの実装

ABS丸パイプをスペーサとして使用すると、ねじ山に直接触れることがなくなり、リード線などを傷つけることがなくなります。

以上

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿車輪部品自作

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿車輪部品自作

＜概要＞

ＣＤの車輪と車軸の結合を市販のプーリーを使用していました。プーリー部分をアクリル板で自作します。
部品はiModelaで加工しますが、切削工具はプリント基板加工用のものを使用しています。工具の使用方法や加工方法などは「コンパクト3D切削マシンで作るMyプリント基板」の本を参照してください(http://p.tl/VT-M)

プーリー版

自作部品版

プーリーの場合、車軸との結合部分に伸縮性の素材を使用しているので、差し込むだけで固定できましたが、アクリル板の場合は車軸に固定する必要があります。これには、エア工具用のチューブ（外形5[mm],内径2.5[mm]）を使用しました。

固定用チューブ（タッチチューブ）

＜部品データ作成・加工＞

部品は、アクリル板3.0[mm]厚を使用します。
iModela Creatorで切削データを作成します。

切削データ（設計図）

切削データはこちらからダウンロードできます。
https://docs.google.com/file/d/0B_-iH9ny-AE-RHV2MzBUU1k4eTQ/edit?usp=sharing

アクリル板は、90×60[mm]に切り出して、全面に両面テープを貼ってiModelaの捨て板に固定しておきます。

切削材料

iModela Creatorの切削設定を行い、切削します。切削工具は、ルータ1.0[mm]を使用します。刃物径が1.0[mm]以上になると、車軸を通す六角穴が小さくなり、車軸が通りません。

iModela Creator切削条件

切削結果

＜部品への後加工＞

切り出した部品で、ＣＤ穴にはめ込む段の無い方の、φ2.5の穴にM3用のネジ穴タッピングを切っておきます。また、皿ネジを使う場合、段の付いている部品の段の反対側に、ネジ頭を埋め込むザグリをφ6.0ドリルで入れておきます。

 
部品への後加工

段の付いた部品をＣＤにはめ込み、部品のφ3.0の穴をガイドにして、φ3.0ドリルでCDに穴を開けます。

 
CDへの穴あけ


作成した２つの部品でＣＤを挟み、ネジで固定して車輪にします。M3の長さ6.0[mm]のネジを使用します。

CDへの部品の固定

CDの車輪を車軸に固定するためにチューブで車輪を挟んで固定します。ギヤボックス側には10[mm]長に切ったチューブをはめ込みます。車輪が車台や、プリント基板に当たらない位置を確認してチューブの位置を決めます。

ギヤボックス側チューブ

次に車輪をはめ込み、車軸の外側に長さ2.0[mm]に切ったチューブをはめ込みます。

車軸外側のチューブ

これで完成です。プーリーの場合は、プーリーと車軸を固定する部分がすべる場合がありましたが、自作部品ではそういったことがなくなり操作がしやすくなります。

以上

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿mbedプログラム

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿mbedプログラム

＜mbedプログラム＞

● ソースファイル、実行ファイルのダウンロード

mbedのWeb(http://mbed.org/users/suupen/code/spinner2/) からソースプログラムをダウンロードします。
ダウンロードしたら、コンパイルを行いmbedに実行ファイル(拡張子bin)をmbedにコピーします。
コンパイルした実行ファイル(spinner2_LPC1768.bin)を下記からダウンロードできます。
https://docs.google.com/file/d/0B_-iH9ny-AE-QTNJRGF2dWtFaGs/edit?usp=sharing

ソースファイルが不要だったり、コンパイルが面倒という場合は利用してください。
mbedにコピーされた実行ファイル(bin)の内、タイムスタンプが新しいファイルが実行されます。予めmbedのドライブに他の実行ファイル(bin)を削除した上でコピーしてください。
mbedにコピーした後、mbedのリセットＳＷを押すとプログラムが実行されます。

 ● 使用しているLibraryについて

 

 

 ● プログラム(main.cpp)の動作説明

mbedに実装されている４つのＬＥＤで、Porpoからの受信状態を確認できます。
LEDが点灯しているとき、下記の状態にあることを示します。

LED1：受信待機状態
LED2：受信中
LED3：受信解析中
LED4：受信異常

● Propoの操作について

Propoの操作は以下のようになります。

● プログラムの改良点について

旋回動作は、左右のモータの回転速度を変えることで行っています。この速度差は、Propoの右側のステック（ハンドル）の前後左右の操作量の比で、左側のステック（アクセル）の操作量を割り振ることで行っています。この割り振りを変えると操作感も変わってきます。

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿“電装部”

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿“電装部”

＜電装部解説＞

●部品一覧

 

 

 

 ● 回路設計・パターン設計

回路図データ、パターンデータは、回路図CADのEAGLEで作成しました。
モータドライバに供給するモータ用電源は、mbedからのPWMで変調を行い、モータ回転数（速度）を可変できるようにしています。
今回の回路では、モータからのノイズが、赤外線リモコン受信モジュールや、mbedの赤外線リモコン受信モジュール信号端子に入り、受信が出来なくなることが頻繁に起こりました。この対策として、モータ端子とＧＮＤ間に0.1[uF]のコンデンサ（ノイズキャンセル）を入れています。もしこのコンデンサだけでは、誤動作が収まらない場合は、プリント基板上のC1,C5,C6,C7にチップコンデンサ(2.4[uF])を取り付けてください。モータに取り付けるコンデンサ、基板に取り付けるコンデンサの何れも、容量値は0.1[uF]以上あればよいです。

 回路図１



 

 回路図２

 回路図３

 パターン図

パターンデータから、ガーバーデータを作成します。
EAGLEで作成した回路図データ、パターンデータとガーバーデータ、ドリルデータと次で説明するWINSTAR PCB for iModelaのデータは、次のアドレスからダウンロードできます。(http://p.tl/v4zy)

● iModela切削用データ設計とプリント基板作成

WINSTAR PCB for iModela でガーバーデータから、iModlaでの切削用データを作成します。


 

 WINSTAR PCB for iModela　画面

切削データを確認して、切削できず短絡している箇所が無いかなどを確認します。
問題なければ、iModelaで基板を切削します。今回は切削時間を節約するため、不要銅箔の剥離は行いませんでした。この不要銅箔部分をＧＮＤに接続すれば、ベタアースとして利用できます。

使用した切削工具は、
エンドミル90°：パターンカット
ドリル0.8mm　：穴あけ
ルータ1.0mm　：外形カット
です。

回路図CADのEAGLEの扱い方、WINSTAR PCB for iModela、基板切削の方法については、解説本「コンパクト３Ｄ切削マシンで作るＭｙプリント基板」（http://p.tl/VT-M）や、エレキジャックweb(http://p.tl/N-gT)を参照してください。

プリント基板完成（試作時のプリント基板なので一部パターンが違います）

● 部品実装と動作確認

半田付けする部分にフラックスを塗布しておくと、スムーズに作業が出来ます。
今回は不要銅箔部分を剥離しなかったので、半田ブリッジする可能性があります。このため、半田付けする毎に、周りのﾊﾟﾀｰﾝとショートしていないか確認していくと良いです。

 半田付け完了（コネクタは手持ち部品の関係で２列型になっています）

モータのリード線の接続は3Pinピンヘッダで行います。
ピンヘッダのＬ字部分が基板の外側に向くようにコネクタに差すようにすると、半田付けしたリード線の取り回しが楽になり、逆差しの可能性もなくなります。
ピンヘッダの真ん中がＧＮＤで、これは、モータの筐体に半田付けします。両側の２Pinはモータ端子に接続しますが、半田付けの具合でモータの回転方向が変わります。この調整は動かしてみてPropoの操作と一致するように半田付けしなおします。

 
 

モータへの3Pinピンヘッダ半田付け

電池ボックスへの2Pinピンヘッダの半田付も、ピンヘッダのＬ字部分が基板の外側に向くようにします。基板上のコネクタのmbed側がマイナス、ＳＷ側がプラスになります。これに合わせて、ピンヘッダに半田付けします。




 

電池ボックスのリード線へのピンヘッダの半田付け

● モータノイズ対策

モータから出るノイズによって、赤外線リモコン受信モジュールや、mbedが影響を受けて、モータが動作している間は、Propoの赤外線信号を受付できなくなりました。この対策として、モータの端子とモータ筐体（ＧＮＤ）間に0.1[uF]のコンデンサを接続します。これでも誤動作する場合は、モータ端子間に0.1[uF]のコンデンサを入れたり、基板上に用意した表面実装用パターンへのコンデンサの追加を行います。

 
 

モータ端子へのノイズキャンセル用コンデンサの半田付け

 ● 車台への基板の固定

車台の四隅に立てた長さ50[mm]のネジに基板を差し込みます。


基板は、ナットで基板をはさみこみ固定します。走行時の振動でナットが緩むので、ナットは２個重ねて締め付けます。

 

ナットでの基板の固定部分

 ●車軸にＣＤの車輪を取り付けて完成

 車軸に、ＣＤで作った車輪を差し込んで完成です。

ＣＤ車輪を取り付けて完成

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿機構部

量産型スピナー（赤外線コントロール２輪ラジコン）＿機構部

＜機構部解説＞

１．部品一覧

 ＜加工＞

●車台

車台を中心として、ギヤボックス、電池ボックスと基板を固定します。加工にはiModelaを使用するので、iModelaの加工範囲（86×55[mm]）に収まる大きさで設計します。
加工は、車台外形の切り出しと、ネジ穴開けになります。ネジはM3を使用するため、ネジを切る穴は下穴として、φ2.5[mm]、ねじ切りしない穴はφ3.0[mm]で穴あけします。

車台設計図

車台設計図から、iModela Creatorに設定していきます。iModela Ceatorでは、左下を原点として設定していくので、上記の車台設計図もそれに合わせて原点を左下に設定しています。
iModela Creator窓の左下にある、“サイズ”は、iModelaの最大加工範囲のW=86[mm]、
L=55[mm]に設定します。厚みはT=3.0[mm]とします。（使用するアクリル板はW=90[mm]、L=60[mm]と一回り大きく切り出したものを使用します）

iModela Creatorのデータはこちら： http://p.tl/p4Qx

iModela Creatorでの切削データの設定

データ設定が完了したら切削に入ります。

切削工具は、ルータの刃物径1.0[mm]で、刃物長が3.0[mm]以上(アクリルの厚みを切り抜くのに必要な長さ)のものを使用します。今回の加工では、iModelaのスピンドルシャフトを交換して、シャンク径（切削工具の固定部分の直径）が3.175[mm]のものを使っています。（シャンク径3.175[mm]の切削工具はプリント基板の切削に使用されています。私の場合は主にプリント基板加工に使用しているため、このスピンドルシャフトに合う工具を使用しています）

iModela Creatorで、切削工具の設定と切削条件の設定を行います。この設定は記憶されないようで、ファイルを読み込む毎に設定し直す必要があります。


iModela Creatorでの切削条件の設定

これらの設定を行ったら、iModelaにアクリル板を固定して切削します。
切削結果が次の写真です。写真で赤線で囲んだ部分が、設計図にある穴です。その他の穴は、試作検討のために開けた穴で不要です。

車台切削完了

ギヤボックス固定には、さら子ネジを使用します。ネジの皿部分がアクリル板にはまるように、φ6.0[mm]のドリルで深さ2.0[mm]程度ザグリを入れておきます。車台の片方にギヤボックスを固定して、反対面に電池ボックスを固定します。この時、電池ボックスの下に、ギヤボックスを固定するネジの頭が来るので、ネジの頭が飛び出ないことを確認しておきます。

● ギヤボックスの組立て

ギヤボックスの取扱説明書にしたがって組み立てます。ギヤ比は114.7：1を選択します。ギヤ比によって、動きに変化が出ます。これは車軸の回転速度とトルクの関係が変わるためです。（ギヤ比を変えてみて動作の違いを確かめてみると色々学べると思います）

●車輪の作成

車輪はＣＤを使用します。車軸との接続はプーリーで行い、ＣＤとプーリーの中心が合うように固定します。ＣＤのレーベル面に予めプリンタで印刷しておくと良いでしょう。

 ＣＤレーベル面への印刷

ＣＤとプーリーは、プーリーに付属している軸径2.0[mm]のネジとナットを使い固定します。このネジ穴を開ける必要があります。プーリーは直径50[mm]プーリーを使います。プーリーの軸に差し込むブッシュは、Ｓ（シングルブッシュ）を使用します。
ＣＤへ開けるネジ穴の位置は、次の設計図の通りです。この穴あけ加工は手作業で行いました。（iModelaにはCDが大きすぎて加工できません）

 ＣＤ加工設計図


ＣＤとプーリーをネジ固定している様子が次の写真になります。ネジの軸が長いので、車軸へ組み付けたときに、車台に引っかからないところで切断します。

ＣＤとプーリーのネジ止め

 ● 車台へのギヤボックスと電池ボックスの組み付け

車台を中心にして、片方にギヤボックス、反対側に電池ボックスをネジ止めします。

電池ボックス－車台－ギヤボックス　の位置関係（側面）

電池ボックス－車台－ギヤボックス　の位置関係（底面）

まず、さら小ねじの頭を埋め込むためのザグリをいれた面から、ネジを通して、車台を抱き込むようにギヤボックスをナットで固定します。（下の写真ではすでに電池ボックスが固定されています）

次に、車台の反対側に電池ボックス側から車台にネジ止めします。電池ボックスのネジ穴の位置では、ネジ頭が電池ボックスの側面に当たるため、この部分を削り落としておきます。また、皿小ねじを使うため、φ6.0[mm]のドリルで、電池ボックスのネジ穴部分にザグリを入れておきます。これは、電池を差し込んだときに、ネジ頭が接触しないようにするためです。

次に車台の４隅に、長さ50[mm]のネジを電池ボックス側から差し込みます。このネジはギヤボックス側にプリント基板を固定するために使用します。
プリント基板は、ネジの途中で固定するため、ナット２個を使ってプリント基板を固定する位置を決められるようにします。

これで機構部の組立ては完了です。