衛星屋さんの地上ロボット製作

システムブロック図

衛星開発だとシステムを統合するのが第一優先なので，初期の段階からシステムブロック図を作り，アップデートしていきます．↓に今の段階での地ロボのシステムブロック図を示します．

 

　まぁざっくりした図ですけど，だいたいこんな感じでいいでしょう．

　さて，形は全然できていませんが，そろそろこの地上ロボットに名前を付けましょう．もっとも，そんなに凝ったことはしないでおきましょう．ええと，うｍｍ，まぁタイトルとしては…「手軽に造れる自作ローバー」みたいなもんですから・・・・・・・

 

ああ，いいや．このままプロジェクト名にします．んで略称をローバーの名前にしましょう．

 

プロジェクト名 ： 手軽に造れる自作ローバー

略称 ： TTJR（Tegaru ni Tsukureru Jisaku Rober）

ローバー名 ： てつじろー

 

うん．やっぱり略称は日本名がいいのですよｗ

 

ENELOOP ｷﾀ━━━ヽ(∀ﾟ )人(ﾟ∀ﾟ)人( ﾟ∀)人(∀ﾟ )人(ﾟ∀ﾟ)人( ﾟ∀)ノ━━━ !!!

 

バッテリ来ました．

今回は容量1900mAhのエネループを購入しました．Yahooショッピングでなんか10本以上買うと1本おまけでくれるやつです．↓にURL貼っときます．11本買うと12本ついてきます．

1本260円で1本につきYahooポイント2点ついています．11本買ったとき，ポイントを差し引いた値段は2838円になります．んで12本手に入るので，単価は236.5円となります．これ珍しくAmazonで買うより安いんですね．あとYahooポイントが1000点くらいあったので，こっちで買いました．

他に4本つきの急速充電値を買ったので，全部で16本持っています．

電池の用途としては次の通りです．

 

　[マイコン・センサ・ステアリングサーボ駆動用]　：　8本，8直×1（ノミナル9.6V）→DC/DC5V

　[メインモータ駆動用]　：　8本，3直×2（ノミナル3.6V）

　[予備]　：　2本

 

メインモータ駆動電圧が足りないようだったらもう1直増やして4.8Vに上げます．

 

メインモータの駆動に関するあれこれ

　改造もとの筺体には，現在タミヤの540モータが載っています．キットについてくるスタンダードな銀色のやつです．こいつの電気子抵抗がざっくり2Ωです．タミヤのカタログによると適正電圧は7.2Vらしいので，そのまま愚直につなげると3.6Aの電流が流れます．もちろん，そんなことすれば常に最高速度になるので，あり得ませんが，これを操るモータドライバとしてはこの使用も十分満たした仕様にしなければなりません．

 

　また，スポーツチューンモータと呼ばれる同型のモータの電気子抵抗は更に低く，ざっくり1.5Ωとなります．今搭載しているモータは古いので，将来的にモータを換装する可能性があります．そういったことも考慮して，メインモータの駆動回路を考えていきます．

 

　さて，タミヤ曰く7.2Vが適正電圧ですが，ローバーとしてはそんな最高速，怖くて出せません．というか，画像処理演算が追いつきません．もう少しゆっくり動かすことを前提とします．むしろゆっくり動かすことの方が多いです．

 

　そうすると，別にバッテリ電圧は7.2Vも必要なくて，3〜5Vくらいで十分でしょう．まぁ別に7.2V積んでもいいですが，その辺はあとで増量すればいいので，今回は低め（安全）に設定します．

 

　そんな感じで秋月のサイトでいいモータドライバないかと探しましたが，ノミナル1Aっていうのが主流みたいでした．ちなみにこれらはバイポーラＴｒで組んであって，損失がかなり大きいです．1A流すと2Vくらいドライバで食います．このへんのドライバだとパワー不足感が否めません．150円で買えるのは魅力的ですが・・・

 

　んで，いろいろぐるぐる回ってきたんですけど，結局自分で作ることにしました．以下仕様．

　　入力電圧：　3-20V

　　信号電圧：  5V

　　モータ電流：　3A（ノミナル），10A（最大）

 

　回路はふつうのHブリッジです．

　秋月に売っているMOS-FETで選択すると，

　　M1,M2：　2SJ334（60V30A）　　 @\150

　　M3,M4：　2N7000（60V200mA）  @\20

　　M5,M6：　2SK2232（60V25A）　　@\100

　ってところでしょうか．全部で540円＋基板300円．こんな感じで造りたいと思います．

 

　問題はバッテリなんですが，やっぱりニッカドバッテリが古くなっていていけていないので，これも買います．はやりのNiMHにします．モータ用電圧は，とりあえず3直にして3.6Vにしておきましょう．MOSでちゃんと駆動できるかちょっと心配ですが，そのときは4直4.8Vに上げます．容量は1900mAh×2並列で3800mAh．すると，最高電圧を掛けっぱなしで約2時間くらい保つ計算になります．

 

　[理論持続時間] = [電池容量3.8Ah] ÷ [ [バッテリ電圧3.6V]÷[電気子抵抗2Ω] ] = 2.1時間

 

実際にはドライバや配線での損失，高出力時の電池容量の減少などがあるので，それを考慮するとこんな感じですかね．

 

　[損失考慮時の持続時間] = [電池容量3.8Ah × 60%] ÷ [ [バッテリ電圧3.6V]÷[電気子抵抗2Ω＋配線抵抗0.5Ω＋ドライバ抵抗0.5Ω] ] = 1.9時間

 

実運用ではPWMでかなり速度を落として運用するので，ざっくり3時間近く保つはずです．

ネットブックのバッテリ持続時間が4時間．これにUSBでいろいろくっつけるので3時間を切るくらいだと思うのでちょうどいい時間です．というか，ちょうどよくしました．

 

単3　3直の電池ボックス2つは手元にあります．

あと8直の電池ボックスと8V以上入力5V1A出力のDCDC-convあるので，マイコン用の電源は別につくりませう．

 

概念設計あれこれ

んむんむ，夏コミやばげれすが，地上ロボ設計の方をつらつら記述しておきます．
今のところ考えているのは以下の通りです．

研究（？）目的：
  個人でも楽しめるレベルのローバ（車輪・クローラー型移動ロボットの総称）を，安売りしているPCが買える程度のコストで実現する．

達成目標：
 最終：自立・自律走行
 当面：遠隔操作

設計指針：
 難しいことは，ほどほどにはやる．
 あまり面倒なことはしたくない．てか，やってる暇がない．

システム構成：
 [メインコントローラ]
  ├[ステレオカメラシステム]
  ├[サブコントローラ１]
  ├[サブコントローラ２]
  ├[通信システム]
  ├[電源システム]
  └[GPS]

システム詳細：
 [構体]・・・ラジコンの車体を改造・・・・・・10,000円くらい（確定）
 [メインコントローラ]・・・格安ネットブックで実装・・・・・・25,000円（確定）
 [ステレオカメラシステム]・・・2MpixのwebCAM　２つ・・・・・・3,500円（確定）
 [サブコントローラ１]・・・H8/3694F，主モータ・ステアリング制御・・・・・・5,000円（未定）
 [サブコントローラ２]・・・H8/3694F，測距センサなどの処理・・・・・・5,000円（未定）
 [通信システム]・・・BlueTooth・・・・・・2,000円（確定）
 [電源システム]・・・エネループ・・・・・・10,000円（未定）
 [GPS]・・・秋月で売ってるやつ・・・・・・5,000円（未定）

ってな感じで，予備費込みで7万円くらい．ふつうのPC買える．
もっとも，ラジコンはそもそも持っていたやつだし，3694も持ってるし，エネループ1万円かからないし，実費としてはざっくり4万〜5万くらいか．当面GPS要らないから，4万くらい．．．あるかな

はじめての自作ＰＣ 〜比較評価〜

(　￣ー￣)ノ　「１日空いてしまいましたが，ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅのスペック評価です」

 

まず，ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅの仕様を一覧表にまとめてみました（↓）

 

表１．ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅ　スペック一覧表

項目	値
価格	￥26,480（本体のみ価格） ￥43,570（ＯＳ，送料・手数料全部込）
OS	Windows 7 Home Premium 32bit
CPUコア	AtomD525 (2-core，L2: 512kB×2)
動作周波数	1.80 GHz
メモリ	4GB (2GB×2，DDR3)
メモリバス	800 MHz
HDD	1 TB (7,200rpm，32MB)
外形寸法	70×318×268 mm

 

【コメ】

　まぁ，Ｃｏｒｅ i 5のノートＰＣが８万〜１５万くらいで買えてしまう今日このごろでは，ちょっと割高感は否めませんけれど，まぁざっくり４万円でWindows 7のPCは用意できることは判りました．

 

次に，上記スペックの相対評価をします．比較対象は，世の中には無数に存在するわけですが，ここでは参考文献[1]に載っていたＡｔｏm ＰＣと，あとは今使っているＣｏｒe 2のノートと比較することにしました．

 

比較方法は表１．の項目とWindowsエクスペリエンスインデックスのスコア値にしました．

 

表２．ＰＣ：ＣｈｉｋａｇｅのWindowsエクスペリエンスインデックススコア

コンポーネント	評価についての詳細	スコア
プロセッサ	1秒あたりの計算	3.5
メモリ	1秒あたりのメモリ操作	4.9
グラフィックス	Windows Aeroのデスクトップパフォーマンス	3.3
ゲーム用グラフィックス	3Dビジネス および ゲームグラフィックスパフォーマンス	3.1
プライマリHD	ディスクのデータ転送速度	5.9

 

【コメ】

　最近の10万円を切る安いノート（celronとか載ってるやつ）でも４〜４．９を出すので，やはり性能は低めです．もちろん予想していた通りなので，わたし的にはそれほど問題はありませんが，世の中のＰＣとしては低スペックと言えるでしょう．

 

表３．ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅと参考文献[1]のＡｔｏｍＰＣとのスペック比較

項目	PC Chikage	[1]のPC
価格	￥26,480	￥25,400
CPU	AtomD525	AtomD510
動作周波数	1.80 GHz	1.66 GHz
メモリ	4GB (2GB×2，DDR3)	2GB (1GB×2，DDR2)
HDD	1 TB (7,200rpm，32MB)	500 GB(7,200rpm 16MB)
外形寸法	70×318×268 mm	215×450×383 mm

 

【コメ】

　参考文献に載っていたものとほぼ同価格で，全体的にちょっとずつ仕様は勝っています．特にケースサイズは圧倒的に小さく，省スペース化の反面，拡張性は犠牲にしています．残念ながらグラボは付けられません．

 

表４．ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅと参考文献[1]のＡｔｏｍＰＣとのスコア値比較

コンポーネント	PC Chikage	[1]のPC
プロセッサ	3.5	3.4
メモリ	4.9	4.5
グラフィックス	3.3	3.0
ゲーム用グラフィックス	3.1	3.0
プライマリHD	5.9	5.9

 

【コメ】

　案の定，スコア値でもちょっとずつ高い値が得られました．

 

表５．ＰＣ：Ｃｈｉｋａｇｅと今使っているノートＰＣ：NF70-Wとのスコア値比較

コンポーネント	PC Chikage	NF-70W
プロセッサ	3.5	4.7
メモリ	4.9	4.5
グラフィックス	3.3	3.3
ゲーム用グラフィックス	3.1	3.1
プライマリHD	5.9	4.3

 【補足】NF-70Wのスペック

　CPU：Intel®Core™2 CPU T5500 1.66GHz

　メモリ：4.00GB DDR2

　HDD：120GB

　OS：Windows Vista Home Premium

　価格：十数万円

 

【コメ】

　性能的にはどっこいどっこいです．４，５年前のＰＣ並の性能は発揮できそうです．

　まぁ，ノートに比べてHD容量が圧倒的で且つメモリ操作が速いので，ちょっとはストレスフリーに近づいたかもしれません．メモリの速度差はDDR2かDDR3かの違いで出たようです．メモリバス速度は代わりませんので．