便利マシンやあほロボットを作る回路師のブログ 2013年03月

やっときた！！引きこもり機3rdEdition部品到着！！

先日注文したサーボモータが届きました。

ロボの各間接の駆動に使います。
一個800円と格安ですが、トルク13kgでメタルギア、動作速度も普通ですしスペックは高いです。
中国のAliexpressというサイトで買いました。
http://www.aliexpress.com/

箱がぼろぼろなのはフリーシッピングだからです笑

開封！つまってるｗｗｗ

20個買いました！このタイプのサーボの相場は5000円ですからなかなか見れる光景ではないです。圧巻ですね！！ｗ

こちらは電飾に使う部品

以前紹介したデザイン画の青い線の部分につかいます。

アメリカのadafruitというサイトで買いました。
http://www.adafruit.com/
光るのはELワイヤーという無機ELをワイヤー状にしたもので、ワイヤー全体が綺麗に発光します！

ちなみにこっちはちゃんと送料を払いました。
箱のクオリティがさっきと違うｗ

オープン！

他にはArduino uno、waveシールド、小型サーボモータを買いました。
これは別の作品に使う予定です。
こっちはまだナイショ♪

さーて！設計をはじめようかな！
作業様子はちょくちょくニコ生で配信しようと思っています～！

このページのトップへ

お家で使えるお手頃な3Dプリンタをまとめて紹介してみた

みなさん3Dプリンタというものをご存知でしょうか。

名前のとおり、3Dの物体を印刷してしまう夢のような装置
数年前から製造業のサンプルを作る過程や、医療の人工骨を作るような用途で用いられてきましたが、最近は小型化・低価格化が進み、学校の教育現場や個人の自宅でも扱えるとして、注目されています。

僕も大学の研究で3Dプリンタをよく使っています。
設計した物を帰る前にプリンタにセットしておくと、次の日の朝には完成している。
以前は、外注して一・ニ週間待たなければならなかったものが一・二日もあれば作れてしまうのです。
同じものをいくらでもボタンひとつで作れますし、設計データをちょっといじれば作り直しも気兼ねなくできます。

そんな夢のような装置を、正直自分の趣味にも使いたいなと思い購入をふまえて色々調べてみました。

Replicator 2（20万円）
https://store.makerbot.com/replicator2.html

家庭用3Dプリンタの先駆者Makerbotの製品
マテリアルはABSとPLA、積層ピッチは最小0.1mm、積層タイプの中ではかなり高い解像度です。サイトの写真をみるとかなり仕上がりが綺麗なことがわかります。3Dデータを共有するコミュニティも形成されており、現在この業界を先導しています。

Cube（15万円）
http://cubify.com/cube/index.aspx

見た目がかわいらしく、いかにも家庭用といった感じです。
マテリアルはABSとPLA、積層ピッチは最小0.2mm、こちらも動画や写真をみると仕上がりはかなり綺麗に感じます。小型なので作れるものも小さいですが、ちょっとした趣味ならそこまで大きなものは作らないでしょう。文句無しです。

Blade-1（13万円）
http://hotproceed.com/blade3Dprinter.html

国内の製品なのでサポートが安心かもしれません。
マテリアルはABSとPLA、造型範囲が少し小さめ？みためが露骨なのはコスト故でしょうか？
仕上がりはバリがありやや汚いですが解像度は高いです。バリを取るなどして手を加えれば綺麗になりそうです。

UP! mini（8万円）
http://www.pp3dp.com/index.php

クールでしっかりした感じの見た目ですが、価格は10万をきっており安いです。
マテリアルはABS、積層ピッチは最小0.25mmで造型範囲も申し分ないです。
しかし、造形物の画像や動画が少ないので、どんな仕上がりになるのかピンときません。

Printrbot PLUS（7万円）
http://printrbot.com/shop/plus/

木製でとてもかわいらしいデザインです。結構人気があって掲示板への書き込みも多く愛用者が多いようです。マテリアルはABSとPLA、積層ピッチは最小0.1mmです。動画や画像が多く公開されていて、コミュニティも形成されているので情報が多そうです。仕上がりは綺麗な印象を受けます。ちなみに、小型の下位バージョンもあり、より低価格で購入できます。

DeltaMaker（6万円？）
http://www.kickstarter.com/projects/

デルタタイプです。いままで紹介してきたものとは違ってユニークです。
ぱっとみちゃんと作れるの？と思いましたが、動画や写真をみた感じ非常に綺麗な仕上がりです。（幾何学的にこの方が優れているのかなぁ・・・？）
まだ、販売されておらず価格は不明ですが、だいたい6万円くらいと予想。
スペースをとらないし、なんかカッコいいので興味をそそられます。

Portabee 3D Printer Kit（5万円）
http://romscraj.com/carttoo/index.php

マテリアルはABSとPLA、積層ピッチは最小0.2mmです。
構造が簡素故、しっかり調整をしないと綺麗に造型できないそうです。
要調整なのは価格相応かもしれません。

MakiBox（2万円）
http://makibox.com/details/product/A6-LT

ここまでくると破格です。作者はいったいどこで利益をだしているのかｗｗ
こちらも要調整、開発者と使用者一丸で開発しているような感じです。
チャレンジャー向けでしょうか。

以上紹介したのが、ノズル積層タイプと僕が呼んでいるもので（勝手に命名ｗ）
溶かした樹脂（ABSやPLA）をノズルからちゅーっとだして積層して固めるタイプのもので、現在最もポピュラーで低価格です。
しかし、事務用の最先端ものでも積層ピッチ（一層の厚さ）0.1mm程度が限界だったりします。

じゃあ、もっと高い解像度のものは作れないのか？
あるんです。光硬化タイプ（また勝手に命名）というもので、光硬化樹脂を一層一層光で硬めて造型するタイプのもので、その解像度は光の解像度に依存するので非常に高い解像度を持っています。積層ピッチはノズル積層タイプの10倍から100倍にもなり、バリもなく仕上がりも綺麗です。

こちらのタイプは非常に高価ですが、最近やっと低価格なデスクトップタイプが現れ始めました。

THE FORM 1（32万円）
http://www.kickstarter.com/projects/formlabs/

B9Creator（25万円？）
http://www.kickstarter.com/projects/b9creations/

2つとも解像度に関しては大差はないです。
THE FORM 1はプロジェクターを使ってるあたり斬新ですね。
B9Creatorは小型で使いやすそうです。これがあったらいつも手元に置いておきたいです。

・・・・・
・・・・
・・・
・・
・

全体をみた感じ、5万円以下だと使うには要調整、チャレンジャー製品だと感じました。
安いところを狙うとしても、6～10万円くらいが良さそうです。
確実なところを狙うなら10万円以上のものでしょう。

どの製品も最近でたものばかりなので1年もすればだいぶ安くなっていると思います。
来年は光学式が10万円を切るかも？

あと、日本にもちゃんとした家庭用3Dプリンタを販売する会社がでてくるといいですね。
メンテナンスとかでパーツを取り寄せるにしても送料がばかにならないんですよね(´・ω・｀)

僕がもっと動けたら、国内最初の（ちゃんとした）3Dプリンタ関係のパーツ販売するサイトとか立ち上げてもいいくらいです(｀・ω・´)

参考
・Naverまとめモノづくりの新しいトレンド「メイカーズ」って何？
・Naverまとめお手頃価格な３Dプリンタ（$2000以下）
・Makerbot Thingiverse
・KICKSTARTER
・MAKERS 21世紀の産業革命が始まる BOOK

このページのトップへ

全自動引きこもり機3rdの制御回路を考える（Raspberry piとCPLDによるサーボの制御）

前回は引きこもり機のデザイン画を描きました。

次は、CADで設計して細部の構造も決めて行きたいところですが。
注文したサーボが届くのが4月中旬で、それまで部品の寸法がわからないので設計できません。

というわけで、ロボットを制御する回路について考えていきます。

液晶画面の表示

顔の表示には液晶画面を使います。
液晶画面の制御には色々な方法がありますが、今回のような小スペースの電子工作にはマイコンが使われるケースが多いです。
しかし、マイコンを使うと液晶の制御が面倒ですし、SDカードのようなメディアから表示データの読出すのは手間や時間がかかります。
僕も以前マイコンで液晶画面を制御してその大変さを実感しました。
【フレームバッファ】自作デバイスで動画再生したみた

そこで、今話題のRaspberry piという小型のPCを使おうと思います。OSはLinuxです。
Raspberry pi：http://www.raspberrypi.org/

Raspberry Pi（wikipediaより）

PCなので、なにもせずとも画面を接続すれば画面表示ができます。
顔を表示するとしたら、動画や画像ファイルを表示するようにすればいいでしょう。
解像度はもちろんフレームレートも高いですからね。かなり表現力の高い表情表示が期待できますし、それ以外のこともなんでもできそうです。

ちなみに、開発環境を整えれば、開発からデバッグ（動作テスト）までの全ての工程をRaspberry pi上で行えるという便利さもあります。
いままでのように”マイコンにプログラムを書き込んで、対象のボードに差し替えてボードの電源をいれて動かす”といった手間が省けます。

サーボモータの制御

Raspberry piには何本か入出力ピンがありマイコンのようにサーボモータやLEDを直接制御できます。
そういうと、このボード一枚で直接ロボットを制御できる気がしますが・・・現実は甘くはないです。

Raspberry Pi

Raspberry piにはPWM出力の端子が2個あるので確かにサーボは制御できます。
しかし、今回は間接制御用に20個のサーボを使いたいので足りません。
GPIO（ただの入出力ピン）はたくさんあるので、回避作としてをGPIOを使ったPWM波形の自作が考えられますが、その場合Raspberry pi上で実行されている他のプロセスの影響を受けるので、ジッター（波形がゆらぐ）が発生して、サーボの動作が安定しません。

さらに、LEDやモータの制御を考えるとRaspberry piのGPIOでは本数が足りなかったり・・・ということでサーボモータ制御用の回路を追加しなければなりません。

追加する回路は何が良いか。
チープなマイコンではサーボを制御する際に同じくジッターが発生するので、市販のサーボコントローラを使う、もしくは汎用ロジックICで回路を自作することが考えられます。

どっちでもいいのですが、”コストが安いことと作る楽しさ”を考えて汎用ロジックICを使おうと思います。

MAXII （オプティマイズMAXIICPLDより）

追記：
汎用ロジックICはマイコンと違って、メモリやCPUが入っていないただの組み換え可能な論理回路です。そのため非常に高速で安定した動作を実現できます。しかし、設計を論理回路レベルで行うので複雑な動作をさせるのは難しいという欠点もあります。

有名どころはFPGAやCPLDです。
今回はたまたま手元にあるMAXII（コストパフォーマンスの良さが売り）というCPLDを使います。

駆動輪モータとLEDの制御

先述のようにサーボモータの制御を他の回路に任せれば、Raspberry piの残りのGPIOピンで駆動輪のモータとLEDを制御できます。
LEDはRasperry piにトランジスタを介してつなげればいいですし
駆動輪のモータは適当なモータドライバを介してつなげればいいです。

タミヤギヤードモーター

電源

ロボットはなるべくワイヤレスしたいので、バッテリーを使います。
バッテリーは重いです。二足歩行の場合重心は低いほうがいいので、足や脛（すね）に入れようと思っています。
サーボ20個となると結構な消費電力になりますが、あまり大きくても場所に困るので、無難にタミヤのRC用バッテリーを使おうと思います。

タミヤ7.2vバッテリー

回路全体の構成

以上から回路全体はこんな構成になります。

回路全体の構成

一番難しいのがRasberry piとMAXIIの間のI2C通信、MAXIIでのサーボ制御です。

追記：
I2Cとはシリアル通信のプロトコルです。他にもUSARTやSPIなどのプロトコルがありますが、サーボへの指令値を送るにはUSARTでは遅いし、SPIでは信号線が多いとういうことでI2Cにしました。

MAXIIではI2Cの規格に沿った通信回路やサーボ制御に必要なPWM波形を生成する回路の設計が必要になります。ロジックICでのこういった回路の設計は初めてです。楽しみです。

このページのトップへ

全自動引きこもり機3rd Editionデザイン完成

前回ラフ絵だった引きこもり機のデザインが完成しました。

まずは箱の状態

一・二作目と同様に箱にトグルスイッチがついただけというシンプルなデザインです。

そしてトランスフォーム後

ヒューマノイド型です。（引きこもりのわりには）堂々としています。
トグルスイッチは収納され、かわりに胸に押しボタンスイッチがついています。
変形後はこのボタンを守るため（とも限りませんが）、両腕のドリルやハンドを使って攻防を繰り広げます。
ドリルやハンドは大きいので変形前は腕の中に収納されています。
肘から先が腕ごと回転します。ドリルだけまわるよりその方がダイナミックでかっこいいです。

背中にはウィングが、動力はジェットエンジンです。
流石に実際に動作はしませんが、吸気口と排気口がついています。
ウィングとかアーマーとかついてますが、一応これらは変形前の外装です。
変形前と後で整合性がとれるかはちゃんと考えていないので、今後の課題になります。

全身に青いラインが入っていますが、これは青色LEDで光らせる予定です。
線をムラなく光らせるために、光ファイバーとかアクリル板を使おうと思っています。これも試行錯誤して考えていきたいです。
暗がりのシーンでは結構かっこいい感じになるとおもいます＾＾ｘ

デザインはこんな感じです。
さてさて、これから作り始めるわけですが、まず部品が必要です。
とりあえず、間接を動かすためのサーボモータを20個買いました。

RDS3115 Metal gear digital servo Robot servo arduino servo for Robot diy 15kg/cm

少しサイズが大きいですが、トルクや強度等が優れている上に安いのでこれにしました。

20個の制御となると相当なリソースを食いそうです。
サーボモータはPWM制御で動かしますが、安価なマイコンを使った場合
各モータのPWMの処理が互いに影響して動作が不安定になると考えられます。
専用のハードウェアを作るもしくは買うか、この辺りも調べる必要がありそうです。

ボディはやや複雑な形状をしています。
ホームセンターの樹脂板を加工して作ることもできますが、図面の展開や材料の加工に時間がかかって敵わないので、今回は3Dプリンタを使おうと思っています。

Portabee 3D Printerは値段が安いですし、調整をしかっかりすれば、同じ価格帯のものの中では特に高い精度がでるとみています。
（さいあく部品は自分で作れるので、自作できないベアリングやモータ、回路さえ揃っていればオッケーです）

Portabee 3D Printer Kit (Unassembled Kit)