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興味のある人が少なそうなことはわかりつつも、SA-GIRL電気系の話です。

SA-GIRLの制御基板の回路は、先日ブログに書いたままのこれで確定にしました。


回路図が決まれば、この通りにトランジスタや抵抗等の部品を繋げば作れるわけです。が、これくらいの部品と配線量になると、ユニバーサル基板で作るのでは間違える気しかしません。そのため、今回もModdore自動化のときと同様にプリント基板をオーダーすることにしました。

やることの中心は、部品の大きさや端子位置を考慮して基板の上に並べて、部品間の配線がなるべく短くなるように、回路図の通りに部品を繋いでいくことです。KiCADには基板設計の機能もあるので、それを使って試行錯誤しながら配置を作っていきます。

今回の制御基板は、ありものの別の半完成基板をたくさん使うので、他との接続をするコネクタがたくさんあります。コネクタを基板の外周に配置することを制約にして、それなりに頑張って部品を配置してみた結果がこちらです。


赤が表側の配線、青が裏側の配線です。配線が繋がっていないように見える端子は、全部GND(アース)です。

その他の制約としては、12Vラインを裏側にしてなるべく一筆書きだけで済ませたいということと（大電流が流れるところは太く近く）、なるべく表側配線にして裏を極力全面アースにしたいということです。（ただし、それにどれほど実効的効果があるのかはよくわかりません(笑)）

こんな感じの配置になるまでのやり方は、まず最初にコネクタを周辺に置いて、それに繋がる部品からその近くに少しずつ芋づる式に置いていきます。できるだけ配線が跨らないように考慮して、全体がうまく収まるように部品群をずらしたり部品の位置を入れ替えたりしながら、手動で配置・配線していくイメージです。完全にパズルを解くような感じです。

もっと基板全体を小さくして部品を密に配置することもできるのですが、そうすると部品間の配線が逆に長くなって入り組んできたりするので、これくらいにしました。基板の大きさは、90x60mmです。

配線がないところは両面全部アースにするので、アースも合わせて表示するとこんな感じになります。表(赤)と裏(青)です。



これをKiCADの機能で3D表示したものがこちら：


ただし、コネクタの3Dモデルがないために、コネクタだけは実装されていない表示になっています。


さて、回路設計に続き基板設計もできたならば、次はネットで委託できる業者に発注です。プリント基板を製造委託ができるところはいくつもあるのですが、今回も前に使った実績のあるPCBgogoに委託することにしました。

基板の種類とか作り方の製作条件をいろいろ指定して自動見積もりを取ると、基板製作費$5、送料$7の合わせて$12となりました。


1年数ヶ月前の前回は、初回と言うことで基板製作費が無料だったんですが、今回は$5になりました。でも自分でやる労力のことを考えたら、驚愕の安さだと思います。この値段ならば、プリント基板を作らない選択はないです。

発注のためには、基板設計から出力できるガーバーデータというものを入稿することになるのですが、ガーバーデータをPCBgogoのサイトにアップすることで完成イメージを事前に確認することができます。


一応、思った通りの仕上がりになっていそうなので、このデータを入稿することにしました。見積もりのページからカートに入れると発注ページに移り、ガーバーデータをアップロードできるようになります。

ガーバーデータをアップロードすると、おそらく人手も介在するデータのチェックが行われるステータスに変わるのですが、5分くらいでサクッと終わりました。どれくらいの体制なのか、受注量はどんなものなのか全然わかりませんが、とにかく仕事が早いです。
設計は結構たいへんでしたが、人生2度目のプリント基板発注はあっさり完了しました。

製作リードタイムは1～2日とめちゃ早で、配送も2～3日と早いので、来週にはもう手に入りそうです。

メカ系もまだ作りかけですが、プリント基板ができたなら、とりあえず全体を繋いでみて電気的動作を確認してみたいですね。あっ、でも基板3枚も実装しなきゃいけないし、コネクタ作るだけでも結構面倒だし、サクッとはできませんね。ぼちぼちやります。

奥の車、わかりますか？

Googleレンズの性能がどんどん良くなり、部分的な画像でもピンボケでも何でも教えてくれるようになりましたので、これくらいちゃんと写っていれば余裕でわかりますね。

そう、ランチアが1922年から1931年まで製造したランチア・ラムダです。船舶からヒントを得た世界初のモノコックボディ、ほぼ世界初の前輪独立懸架、狭角V4で共有カム1本(SOHC)のコンパクトなエンジン等、いろいろと革新的だったらしい車です。某有名な方の有名な車そのものです。
1924年製とのことなので、百年以上前の大正時代の車です。

さらにその反対側の私の車の右横には、メーカー名だけ辛うじて知っているライレーのブルックランズ。


少し前にライレーは調べたことがあって、OHVなのにツインカムのエンジンが特徴だとのことです。半球型燃焼室を持ちクロスフローにしたエンジンは、DOHCに近い機能が実現されていたようですね。当時の技術ではヘッドの上のような遠くのカムの駆動には課題があったようで、それを回避して作った高性能エンジンです。当時は速い車だったようですね。


‥‥‥こんな2台に挟まれると‥‥‥私の車がめっちゃ普通の車に見えます。


他にも、キドニーグリルっぽいけど、BMWじゃなくてブリストルとか、


フレームと足回りだけにされてレストア中のジャガーXK(Eタイプより前のモデル)だとか、


同じくレストア中のランドローバーシリーズ2だとかも。



それらから見たら最近の車に見えるアストンだとか、


まあ紹介しきれませんが、それはスゴイことになっていました。



なんでこんなスゴイ車達の中に、スポーツ志向とは言え私の大衆車クラシックがいるのかと言うと、以前にちょっと書いたフロントフード(ボンネット)とドアの干渉をこちらの修理工場で直してもらっていたためです。

もう少し説明すると：

まず、私の車の前側は、ボンネット、フロントフェンダー、グリルやバンパーが一体となったフロントフードになっています。


このフロントフード全体として、納車時から右側が若干後ろに下がっていたんです。

そのため、フロントフードを閉めた状態で助手席側のドアを開けようとすると、ここ(赤矢印)が干渉して微妙に当たると言うかこする状態になっていました。


フロントフードのロックレバーを上げると、僅かにフードの横が浮いて当たらなくなるという微妙な干渉具合でした。


このおかげで、嫁さんとドライブに行くときに、行く先々で私が先に車を降りて、助手席側に回り込んで、レバーを上げてドアを開けるという、まるで淑女をエスコートするかのような所作が、毎度々々必要でした(笑)


実際に隙間を測って見ると、運転席側の端っこは10mm程度開いているのに、


助手席側は、4mm程度しか隙間がありません。


フロントフードの前側のヒンジのところで、位置調整できるようになっているのはわかっていて、


緩めてずらして締めればいいだけっぽいのですが、如何せんデカくて重すぎます。開け閉めですら嫁さんと2人でやっているくらいなので、自分ではとても調整できそうになく、プロにお任せしたというわけです。


それで、元々は土曜日に車を取りに行く予定だったのですが、雨で取りに行くのをやめていました（これで昨日のドライブが355一択に）。
昨日と今日はこの修理工場が休みだったので、平日に会社帰りに寄って帰ろうかと思っていたんですが、急遽今日受け取れると言う連絡が朝ありまして、取りに行ってきたという流れなのです。そして、休みでガランとした工場内で、すごい車達を見せていただいていたのでした。


無事に車を受け取った後は、欲しいものがあったので、ちょっとダイソーに寄って帰りました。



預けている間は幌を閉めていたので、そのまま幌ありで帰って来ましたが、この車はやっぱりオープンがいいですね。とは言え、キビキビ・クイクイ動くこの車は、家に帰るだけの街中ちょいドライブでもかなり楽しいです。実際は遅いんですが、遅くても楽しいというある意味公道向きな車です。


あっそうそう。

肝心の助手席側の隙間ですが、運転席側の隙間も合わせて全体をアライメントされ直されていて、左右ちょうど同じくらいになるように、しっかり調整されて帰ってきました。




これで、えせジェントルマン風なエスコート所作をすることもなくなリますね。

昨日の続きです。

昨日は、リニアアクチュエーターの上側(赤◯)は、横に貫通した穴に長ビスを通して固定すると書きましたが、やり方を変えることにしました。


穴がギリギリで電源ケーブルに遊びもないため、上側の小さい角パイプだけで固定する別のやり方にすることにしました。(横に貫通するやり方のままで修正することもできると思いますが、何となく変えたくなりました。)

そのための部品作りからです。リニアアクチュエーターに付属してきたこの金具も使います。



この金具は角パイプの中に隠れることになるため、普通のボルト・ナットは使えません。そのため、この穴にハンドナッターでナットを取り付けることにしました。

M3のハンドナッターの外径は4.8mmなのに対して、金具の上の穴径は4mmしかないので、穴を拡げる必要があります。


でも、このステンレスと思われる金具が硬くて、手持ちのドリル刃では文字通りまったく歯が立ちません。仕方がないので、地道に丸棒ヤスリで削リました。


縦横で削れっぷりが違うのを途中で確認して是正しつつ、



4.8mmの円になるまで削りました。




4.7mmではまったく入る素振りもなかったのに、4.8mmのなった途端にピタッと入りました。


ハンドナッターで締め込んで(写真撮り忘れ)、ナットの取り付けは完了です。

次に、12mm角パイプを12mm長でキューブ状に切り出し、それに穴を開けた部品を作リました。


それをこの金具にボルト留めするとこうなります。


このキューブ状の部品の上の面(@この写真)にネジ穴を切って、15mm角パイプの上から固定しようと言う作戦です。

と言うことで、追加の穴を開けて、


こう入れて、上からネジ止めすれば固定OKです。




さて、三連休中日の今日はいい天気でしたね。工作で家にばっかりいるのはもったいないので、お昼には355で嫁さんとドライブがてら、こちらのお店に行って来ました。


うちから1時間弱のドライブで着いたこちらは、那須塩原にある「食彩 九」さんです。小鉢がたくさんの「彩りランチ」をいただきました。


こちらのお店には初めて行ったのですが、料理も美味しいし接客も良く、駐車場も広くてなかなか良いですね。また機会をみて行きたいと思います。

ランチの後も小一時間ドライブして家に帰り、ちょっと買い物にも出掛けたりした後、午後も工作の続きです。


午後は、リニアアクチュエーターで上下に動かしたときに、物理的にマイクロスイッチを押すところの金具を作ることにしました。


何で作ろうか少し考えましたが、薄いアルミ板から板金で作ることにしました。

まずは板を切り出して、


こういう感じにZ折りにして、


長すぎるのでカットして、上側を折り込む印を付けて、


内側に折り込みました。


多少形を整えて。


マイクロスイッチを取り付ける板も、同じ薄板を使うことにしました。耳を直角に曲げて、強度を出しています。長すぎるのでこの後切りました。


できた部材を仮にセロテープで貼って様子をみます。


反対側から。


アップにするとこうです。



まだ金具を固定する部分ができていませんが(組立の都合上、取り外しができるようにしなきゃいけない)、部材の形は良い感じではないかと思います。ちゃんとマイクロスイッチを安定的に押してくれそうです。


午前も午後も地味な工作で、進んだ感が薄いですね。何気にこういう工作に時間がかかります。

SA-GIRLの電気系は、少し寝かせてから、ミスがないか念のため確認したいので、とりあえず保留にしています。来週あたりにもう一度見てから、プリント基板と足りない部品を発注しようと思っているところです。


さて雨の今日は、SA-GIRLのメカ系の方を製作していました。
※一部に数日前にやった作業も含まれます。

まず、後ろに下がるために使うモーターとしては、Moddoreのリンクを引き込むところでも使った12Vの減速機付きのものを使うことにしました。Moddoreと違う点としては、軸がギヤボックスの両方から出ているタイプだということです。


自走に使うタイヤは、まさにロボットDIY製作用(模型用)のものが売られていたのでそれにしました。


このモーター軸にこのタイヤを2つ付ければ、再掲のこのポンチ絵の黄色と紺のところが作れるだろうと言うことです。


ただし、減速機付きモーターは模型用のものではないので、そのままではこのタイヤは付きません。タイヤの車軸の穴は4mmなのに対して、モーター軸はM6のボルトなのです。そのため、手で穴を拡げることにしました。


左が拡げる前、右が拡げた後：


そして、タイヤには六角ナットがはまる穴が用意されているのですが、サイズが12mmなのです。M6ナットのサイズは10mmなので、こちらも合いません。

これについては、板厚1mmの塩ビ板をこんな風に小さく切り出して、


M6のナットを入れてできる周りの隙間に嵌め込むことにしました。これは、5枚まで入れたところです。


入れた板が外れないように、隙間に接着剤をちょんちょんと付けておきました。がっちり強度を出すための接着ではないので(力は物理的な突き当たりで伝える)、落ちない程度くっついていれば十分でしょう。


仮にタイヤを付けてみるとこんな感じです。


まだちゃんと固定していませんが、別のナットで表側から挟むように締めれば固定できるでしょう。


次に、このタイヤ付きモーターを上下させるための機構に使う部材作りに移りました。上のポンチ絵で言うとオレンジのところです。

材料は、15mmと12mmのアルミ角パイプと、アルミ製Lアングルです。


Lアングルは、モーターを縦の棒に繋ぐために使います。適当な長さに印を付けて、


金鋸で地道に手で切りました。



モーターギヤボックスのネジ穴位置を測って、印を付け


穴を開けてモーターを仮止めし、角パイプに合わせてみた雰囲気はこんな感じ。


Lアングルはこんなところでいいでしょう。

次に、上下する機構の部材です。現物合わせで、ものを並べてサイズを決めていきます。まずは、モーターを上下させる12mmの細い角パイプの長さを決めるところからです。


この木は長さを決めるために仮に用意したもので、12mm角パイプを中に通す15mm角パイプの代わりのものです。この長さで良さそうなので、この後この長さで15mm角パイプを切り出しました。

リニアアクチュエーターが、50mmのストロークで伸び縮みすることを考慮して、12mm角パイプについては、ちょうど写真の位置の長さにすることにしました。

その長さで切った12mm角パイプを基準にして、今度は周りを支える15mm角パイプの長さを決めます。


両側で支える2本の15mm角パイプを切り出して、リニアアクチュエーターを間に挟み、上側の短い角パイプの長さも決めました(この後切り出しました)。


リニアアクチュエーターの黒いところの幅が15mmなので、こんな感じでぴったりスッキリ作れそうです。

でも実は、リニアアクチュエーターの固定用の穴が、上の配置にすると横向きになってしまっています。


そのため、オレンジ矢印ところで表裏でネジ固定することができません。マジックで丸を描いているのは、それに気がつく前だったからです。


隙間がほとんどないところで、横向きに軸を通さないといけないので、どうしたものか少し考えまして、角パイプ壁に直接ネジを切ることにして、


皿ネジを埋め込むことで、出っ張りなしで軸を通すことにしました。


薄いアルミなのでネジ山の強度が心配ですが、強く締めなくてもたぶん大丈夫なので、もつんじゃないかと思います。ぴったりの長さの皿ネジのビスを用意しないといけませんね。

反対側の上側の赤丸のところは、角パイプ3本を横に貫通する穴を開けて、長ビスで固定することにしました。



と、今日の加工はここまでです。とりあえず部材を切り出して、ある程度穴を開けたところまで。


角パイプ同士を固定したり、マイクロスイッチを取り付けるやり方を考えたりがまだなので、もう少し時間がかかりそうです。

SA-GIRLの電気系は、火曜日にテストしたような基板レベルで売っている半完成品を組み合わせて作ろうと考えています。以前にブログで書いた図の再掲ですが、全体構成はざっくりこんな感じにするつもりです。


★は元々手持ちに余っているもので、☆の2つがまさに火曜日にテストしたものですね。
◆と◇は、Moddoreを後から自動化改良したとき(車がいなくなったことを検知して動作開始)に作った基板を使います。

こんな感じで全体のうちのかなりの部分を"ありもの"で賄う構成で作ろうとしているわけですが、さすがにそれらを制御する調停役がいないと動きません。この図の「新規設計制御基板」と書いたもののことです。

メカ系の工作をボチボチ始めているのですが、製作途中での動作テストにおいても、電気系がある方がいいので、この制御基板の設計を早めに固めてしまうことにしました。なお、昨日今日で設計を考えているわけではなく、前々から考えてきているものを最終的に固めようと言うことです。


さて、制御基板をどうやって作るのかには、いろいろ選択肢があると思います。王道としては、マイコンを使ってそのI/Oにありもの基板を繋ぐスタイルかなと思います。

　[例] PICマイコンで電気ポットを作る

動作シーケンスをプログラムで記述することになるため、何か問題があったときに変更しやすくてつぶしが効きそうです。

さらに簡単に実現しようとするならば、汎用のPLCを使うという選択肢もあるかもしれません。でも、格安のものでもそれなりの値段はしますし、産業用の本格的なものはかなり高額なのが問題です。

　[例] Amazonで売っている格安PLC

一方で、今回作ろうとしているものは、動作シーケンスがそんなに複雑なわけではありません。次に進むか否かの条件判定もそれなりに必要ですが、比較的シンプルなものだと思います。そのため、Moddoreのときと同様に、トランジスタや抵抗といったディスクリート部品を使ってロジックを組むので良かろうと判断しました。

まあ実際には、トランジスタと22kΩ抵抗がいっぱい余っている(100個単位で安く売っている)という理由が大きいのですけどね。ディスクリート部品は圧倒的に安いのです。


そして、ディスクリート回路は考えるべきことが単純で、Moddoreを作ったことで多少慣れているからというのも大きいです。

で、それなりに時間をかけて考えた回路がこちら。



‥‥あれ？ 簡単なはずが割と複雑‥‥ですね(汗)

それは、
・壁に近づいた場合だけではなく一定時間経過した場合にも止める動作に入るとか、
・車がいなくなっても壁に近いときには動作を始めないとか、
・車輪が下に着いていないと動作を始めないとか、
・一旦動かし始めた後じゃないと停止動作は始めないとか、
そんないろいろな条件をAND/ORする論理回路を作り込んでいくうちに、だんだんややこしくなったためです。

なお、こんなそこそこのサイズの回路がいきなり思った通りに動く自信はないので、KiCADでシミュレーションしながら設計しています。

これが、KiCADで同じ回路を描いたものです。

※周辺にシミュレーションのための余計な回路がくっついています。

この基板の回路に、さらに車がいなくなったことを検知するレンジファインダー1と、壁に近づいたことを検知するレンジファインダー2の回路も一緒に入れたものがこちらです。

※つぶれて見えないと思いますので雰囲気で

これで、全体のシミュレーションができるのですが、動かしてみた結果がこちらです‥‥


‥‥が、説明がたいへんなので、説明はやめておきます。ざっくりいうと、シミュレーション上では思った通りに動いていると思います‥‥‥たぶん‥‥。


と言うことで、回路はこれでいいことにして、結構ある部品を基板上に配置して、うまく配線する基板デザインが次にやることです。それができたらPCB発注ですね。

ぼちぼち進めます。