DCモータを使ったマイクロマウス入門①

佐倉です。
昨日と本日の2日間、マイクロマウス合宿2013に参加してきました。昨日は、電気回路再入門と、ステッピングモータの解説をして、オリエンタルモーター株式会社さんのマイクロマウス向けステッピングモータ無償提供のご紹介をしました。
丸一日マイクロマウスづけで楽しいイベントでした。来年も是非参加したいですね。

前回の最後に、「次回はセンサについてのこまごまとした話を書きます」と書きましたが、話を思いつかなかったのと、合宿でDCモータを使ったマイクロマウス(DCマウス)を始めたいというような話を何件か聞いたので、今回からDCマウス入門シリーズを書いて行こうと思います。

さて、本編です。
まず、ステッピングモータを使ったマイクロマウスに比べてDCモータを使うマウスにはどのような特徴があるか、思いついた物を挙げてみました。

IMAG0087

  • 小さい,軽い
    まず、私がDCマウスを作ってみて一番うれしかったのは、持ち運びが苦にならないことです。小さい、軽い というのはマイクロマウスの性能のためだけでなく、こういう面で役に立ちます。
  • 高い
    高い、と言い切ってしまうのは間違いで、ステッピングモータマウスよりも安いDCマウスは存在します。
    ですが、入門で作る場合には、少し値段の張る有名メーカ製のモータを使って作ると設計が楽で良いと思います。
  • 速い
    DCマウスを作ろう、という方は速く走るマウス目指していると思います。
    適切な設計がされたDCマウスは速く走ります。このあたりも解説を行います。
  • 必要な知識が多い
    特に難しい知識は必要ありませんが、必要な知識の幅はステッピングモータを使ったマウスに比べると広いです。
    適切な設計をしないと、扱いの面倒なマウスが出来上がってしまいます。

DCマウスはステッピングモータを使ったマウスに比べると、このような特徴があります。

DCマウスに関する資料は各所に出ているので、その焼き直しになってしまう部分が多々ありますが、シリーズとしてまとめてみようと思います。

まず、どのような進め方でDCモータ入門を書いていくかを書いておきます。

  1. 車体の運動
  2. モータの動かし方と特性
  3. 車体の設計とモータの選び方
  4. DCマウスの制御

という感じで進めていこうと思います。

1では、モータの出力と車体の運動の関係をしっかりさせます。
車体がこういう状態の時に、モータにこれくらいの電圧をかけるとどのように動くか、といった事です。
車体を運動させるために、タイヤがどれくらい力を出せば良いか。そのために車軸周りのトルクはどれくらい必要か?モータでは・・・?といった事を理解します。

ここまでで、させたい運動に対してモータのトルクをどれくらいにすれば良いかが計算できるようになっています。
2では、モータから、あるトルクを出力させたい場合に、モータにどういう信号を送れば良いかという問題を考えます。モータの簡単なモデルを理解することでこれを解けるようにします。

3では、車体のパラメータとモータの関係を設計に利用することを考えます。
車体にあったモータやギア比の決め方の一例を紹介します。

4では、任意に運動を出力できるようになったので、いよいよ制御を作り安定した走りを実現させます。
フィードバックとフィードフォワードを組み合わせた二自由度制御を使えるようにします。

といった流れでDCモータを使ったマウスについて説明していきますので、DCマウスを始める方、作ってみたのは良いものの思ったように動いていない方は是非見てみてください。


迷路