山田君3号改の紹介 Part1

せっかく優勝したので、技術公開の意味も込めて、機体を紹介します。
来年はマスターズコースに出るつもりなので、チャレンジャーズの備忘録も兼ねて。
3号改と4号という2台がいるのですが、とりあえず3号改の方を紹介します。

・機体の写真

山田君3号改

・経緯
昨年、「山田君1号と2号」という機体で出場しました。この時の機体は決勝まで安定した動作を行え、かなり良い機体に仕上がったのですが、以下のような問題が、最後まで残っていました。
・PSDセンサの位置が低く、壁を見てしまう
・ハンドでの位置決めは遠いボールだと難しく、とる位置が悪いと色分けを失敗してしまう
・あまり速くないので、5分間で取れるボールは一番よくて12個
そういうわけで、これらの問題を解決するために、新しく作った機体が、ものづくりチャレンジイン習志野で参加した、「山田君3号」でした。PSD3つを使い探索の時間を激減させ、吸引機構によってボールの位置が安定したことにより色分けの問題も解決しました。
ですが、この機体にも問題があり、
・ハードの剛性が悪く、故障が多発
・回路をあまりよく考えず作ったため、故障寸前までいく
・重心が高すぎて、速度があげられない
・PSDがかなり高く、ボールを見るのにはギリギリ
・動作速度自身は変わっていないため、5分で落とせるボールの数は14個
という感じだったので1,2月でハードウェアを改善させ、4,5,6月でソフトウェアにも磨きをかけた機体が、今回の「山田君3号改」です。

・特徴(ハード面)
見ればわかる通り、「1台で1個ずつで5分以内」をコンセプトにしている機体です。
そのための大きな特徴として、PSD(測距センサ)が3つ付いています。

60度おきについています

これによって、左30度、右60度と回転すれば前方を見渡すことができます。また、複数個あるので、かざしてモード選択が出来るようにしていました。
ちなみに、画像の緑色のものは、重り(課金)です。これによって重心を低く、安定するようにしました。

足回りはオリエンタルモーターのアカデミックサポートで頂いたステッパを使っています。オリエンタルモーターさんありがとうございます。ステッパなので位置決めはDCほどは難しくなく出来ます。宣伝のためにわざわざ基板を立てていました笑。

後ろを見るとステッカーが！

動きは基本ライントレースなので、赤外線センサを用いて、自分の位置を把握しています。センサの数は、昨年と同じ4つです。

黒い小さいものがセンサです

剛性の問題もあったので、必要な箇所は工夫しています。底面や測距センサのアルミ板は2mm厚のものを使用しています。
また、真ん中の測距センサは、機体が暴走して壁に激突した際直接当たらないようにするため、少し後ろに格納されてあります。前にはカグスベールを2枚貼ることで、従輪の役目以外にもクッションの役目も果たしていました。

よく見るとカグスベールが2枚付いています

マイコンは慣れていたSH7125を使用しました。この機体くらいの事ならば、そこまで不便を感じる事なく使えます。Dip化出来るマイコンボードがあったので、使っていました。

緑色の基板にマイコンが付いています

通信にはZigebee Twe-Liteを使っています。汎用デジタル入出力しか使わないという、本当にさわりのところだけで動かしていましたが、SHは5Vで動くのに対して、Zigbeeは3.3Vだったのもあり、UARTでハマりたくないなと思い、こうしていました。レベル変換のICのモジュールを挟んで、通信しています。通信が不安定になることはありませんでした。

青い基板がレベル変換モジュールです、黒いのがZigbee

吸引機構は初めてでした。こんな感じです。

吸引機構

サーボでアームの上げ下げが出来るようになっています。
吸引のカップには100円ショップで購入した綿棒の入れ物を使っています。大きさ、剛性は良いのですが、加工がしにくい点はありました。穴を開けようとすると割れるので、固定はホットボンドを使っています。そのままではボールがはまって抜けなくなることがったので、トスベールを付けていました。付け過ぎると今度はボールを落としてしまうので、つりあいをとるのはかなり大変でした。
モーターはプラズマダッシュモーターを使用しています。NiMH2本直列でそれなりに回るので機体を軽量化できます。ですが、電流を意味不明なほど(5A〜)食うため、Li-poを使うとケーブルがあったかくなったり煙が出たりします。ブラシの消耗はよく分かりませんが、無用の心配を生んだので、モーターの選定は成功したとは言えない結果でした。
先端には赤外線センサとカラーセンサが一つずつ付いています。赤外線センサはあるとボールの有無が簡単に判別できます。便利でした。カラーセンサはできるだけ小さくなるように作りました。ボールとかなり近く、安定した位置で色分けが出来るので、色分けは一度調整してからおそらく500回以上、ミスしたことはありません。

ハードに関してはこんな感じですかね。
長くなってきたので、2つに分けようと思います。

この記事はこの辺で。