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2011/08/10(Wed)

電装の作り方。

早速コメントを頂きましたので、がんばります。

第2弾は「電装」です。
今回のどぼん会機体「PRESTO」の操舵はフライバイワイヤです。
電装はこの操舵システムの話になります。

基本構成として、ジョイスティックを用いて舵のサーボを動かすものになってます。
自分はロボット系な人なので、いろいろなマイコンで、いろいろ凝った電装にしたくなるのですが・・・
タイムトライアル部門の場合、その必要は「無い」と考えています。所詮2分のフライトです。
だから、計器は一切付いていません。
時間がなかったからとか・・・面倒だったからとか・・・ではないですよw

理由として
1、回転数計はいらない。 → パイロットが感覚的に分かるはず。もっと言えば回転数を見ながらセーブなんて生温いことはするな!漕げるだけ漕いで加速しなっ的な考えです。GTやF1にスピードメータが無いのと同じです。

2、機速計はあればいい。 → あれば良いですが、ペラを漕いで出せる速度内でどうにかなる機体設計にはしていません。参考程度に市販の風速計は付けています。

3、高度計はいらない。 → パイロット曰く3mを超えると高度はほとんど分からないそうです。(数値的な話です)目で見て、感覚で操舵の方が良い感じがします。高度計を見て2分のフライト中に割けるだけの思考の余裕があるなら漕いで操舵に集中した方が良いです。今回のフライトでも、旋回中にケイデンスが低下しています。操舵に集中することによる副作用かと思います。つまり、計器なんて見ている余裕はよっぽどなパイロットでない限り無いのでは?と考えます。

4、エルロンは・・・。 → 電装と離れますが、3番でのこともありますので。付けるなら体になじむまでテストフライトで訓練する必要があると思います。ラダーエレベータ操舵ですら相当な集中力を要しケイデンスの低下を招きます。それにエルロンが加わると・・・。

そんなところでしょうか?ちなみに本番ではガーミンのGPSを付けたので対地速度やケイデンスはログってます。
では具体的な電装の話スタート。

1、操縦桿周り。良い写真が手元に無かったのですいません。構成は右手がラダー、左手がエレベータとなってます。理由はパイロットにHLGを用いて操縦練習させていたからです。あと、勿論パイロットの好みもですが。
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d2.jpg

2、コントロールユニット本体。防水用に毎度おなじみのタッパで。生きて帰ってきました。詳細は後ほど。
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3、バッテリ。今回はリポを使いました。バッテリは重要です。特に電流を食う高出力サーボの場合、トルク不足を起こす原因になりかねません。テストフライトではRC用ニッケル水素(下の写真)を使っていましたが、若干の力不足を感じました。重いですしねw また、今回はマイコン用とサーボ用は分けました。ニッケル水素のときに共通にしていましたが、残量の低下に伴う電圧低下+サーボの消費によって電圧が急激に低下しマイコンにリセットがかかる事象が発生したためです。安全のためには分けた方が無難でしょう。
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4、バッテリチェッカ。リポを使うならあった方がいいです。安いので買って損はしないかと。
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5、リポ充電器。AC100vとDC12vで使える物が便利です。あと、バランサ内蔵が楽です。リポを使うなら絶対バランサは使いましょう。今回はバッテリ周りはhyperionで揃えました。メーカが異なっても大きな問題はありませんが、たまに相性問題が出るみたいです。
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6、ジョイスティック。秋葉原の千石電商で購入。プレステのジョイスティックが安いですが、スティックの長さが微妙かなと。繊細な操舵の場合は長い方が。今回はHLGで使っていたプロポと近い感じで選んでみました。
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7、マイコン。mbedです。秋月でも購入できます。最近流行っています。ものすごく簡単で便利です。機能も豊富ですし、なんといってもクラウドでプログラミングなので、開発環境を整える必要がありません。ウェブブラウザでプログラミングしてコンパイルするとローカルにファイルが落ちてきます。それをUSBメモリとして認識されたマイコンにドラック&ドロップでおしまいです。ライブラリもオンラインで豊富です。MACでも何ら問題ありません。自分もMACでやりました。一度google先生で調べてみてください。マイコンをかじったことのある人なら感動するはずですw
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8、マザーボードとか。手抜きですw。単純に家にあったから。マザボは☆board Orangeです。スイッチサイエンスやきばん本舗で購入できます。あと、緑の基板はタクトスイッチとレギュレータ、ケーブル接続用です。
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9、今回使用したサーボ。ピルクスの苺サーボです。販売時に予約して買っていた物です。シリアルサーボで鉄ギヤ、アルミ削りだしケースです。ギヤとケースは重要です。歯欠けもそうですが、ケースが軸を受けているので丈夫でないとトラブルの原因になります。トルク、速度ともにこのレンジでは恐らく1番です。KONDOサーボと通信仕様が微妙に違います。IDとデータでパリティが変わるという変な仕様ですが、我慢しましょう。あと、高速でON、OFFすると壊れる可能性があるので注意しましょう。メーカに問い合わせましたが・・・。
様々なゲイン調整や温度、動作角度の取得も出来ます。
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10、動作など。電源を入れて2秒後にサーボをONにしています。理由は電圧低下でマイコンに高速リセットがかかった場合、サーボを壊す可能性があるからです。
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タクトスイッチを使って各パラメータの調整を行います。精密ポテンショメータというのもありですが温度でシフトするので、今回はデジタルで行いました。
d17.jpg

設定項目は以下のようになっています。
エレベータ:オフセット、アップ制限角度(今回は15°)、ダウン制限角度(10°)、サーボ(Pゲイン、Dゲイン、デューティーオフセット)

ラダー:オフセット、右制限角度(今回は20°)、左制限角度(20°)、サーボ(Pゲイン、Dゲイン、デューティーオフセットオフセット)

モニタ:ジョイスティックオフセット(毎回設定)、SDカードログ(舵角度とかいろいろ)、テレメトリー、サーボ角度、ジャイロなど

こんな感じです。パラメータデータはマイコンのUSBメモリ領域に保存しています。サーボのゲインや角度、デューティーオフセットに関してはサーボ本体にも保存しています。各パラメータはその場でパソコンを使用せずに変更できるようにしています。毎回プログラムを書き換えていると時間の無駄です。あと、mbedの場合ネットが必要なので。サーボのゲイン等を変更できるのはかなり重要だと思います。収束速度や発振の制御が自由に出来ますので。尾翼みたいな慣性のそれなりに大きい物を動かすときにはその辺のRC用サーボは良くないです。

苺サーボをmbedで動かす場合、プログラミングに若干の注意が必要です。一応参考までにコマンド送信のコードを以下に書いておきます。パリティを帰る場合ボーレートも一緒に記述しないとこのライブラリの場合駄目みたいです。ソースコード必要ならコメント欄にでも要望をば。

IDが0x00のサーボに角度指令を送る場合。
sdata[0]=0x00;
sdata[1]=com;
sdata[2]=data>>8;
sdata[3]=data&0xFF;
sdata[4]=sdata[0]+sdata[1]+sdata[2]+sdata[3];
es.baud(rate);
es.format(8,Serial::Forced1,1);
es.putc(sdata[0]);
es.baud(rate);
es.format(8,Serial::Forced0,1);
es.putc(sdata[1]);
es.putc(sdata[2]);
es.putc(sdata[3]);
es.putc(sdata[4]);

11、コネクタ
サーボ電源&信号線。電源はラダーエレベータ共通にしました。その分太い線を。コネクタは4端子で一つにしてラダーエレベータの接続間違いを無くしました。あと言うまでも無いですが、ロック機構付きのコネクタにしましょう。コネクタはすべて千石で購入。
d14.jpg

バッテリコネクタ。
d15.jpg

ジョイステックコネクタ。一つにまとめたかったのですが、まあ諸事情あって分けてます。
d13.jpg

尾翼付近。
d12.jpg

尾翼機構。桁を中心に回るようになっています。テールに接続する時はほぞが付いている金具なのでネジ2本とコネクタを繋ぐだけで終わりです。リンクまわりはRC用です。注意点はピロボールは固定のネジが出ている物ではなく別のネジで止められる物にしましょう。応力集中して折損する可能性があります。実はネジもリンクシャフトもすべてチタンですw
d11.jpg

12、ケーブル。写真は無いです。サーボ配線用ケーブルはシリコンケーブルです。高いですが、良い物を使わないとロスが大きいし断線の可能性も高くなります。秋葉原の高架下にあるオヤイデ電気で買いました。勿論単線は絶対NGです。こういう細かなところで差が出てきます。

13、おまけ。
ジャイロ。操舵からの応答性評価に。
d19.jpg

無線ユニットw。人力RC飛行機に出来ます。一応パイロットの操舵が優先されるようになっています。
無線ユニットにはXbeeProを使ってます。公称日本版ファームで750m飛ぶみたいですが、実験したところ見通し400~500mといったところです。まあ、大利根では十分ですねw
d20.jpg



電装は2日くらいで作ったので、大分手抜きですが参考になればと思いマス・・・。
あと、個人的な考えですが、電装系はパイロットの『機体への信用度」に直結しますのでトラブル無きようにすべきですね。パイロットが不安に感じると、本番の操舵に影響します。恐らく。
トラブルが起きたらその後のリカバー(パイロットへの精神面を含めて)も大切かと。
散漫な感じになりましたが・・・何か抜けていたり疑問点、知りたい点あればコメント欄へお願いします。

疲れたので、以上。

by KORO


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