安価なロボット用のスピード コントローラー、パート 1: シャフト エンコーダー

なぜ私がこのプロジェクトに興奮しているのか教えてもらえますか?
これがどれほどクールか知っていますか？
「ジェイ、だめだよ、」あなたの声が聞こえます。あなたがまた興奮して説明しようと気を引き締めるとき、私はため息をつきました。
「なぜ私たちに説明してくれないのですか？
」\'まあ、立ち上がって落ち着かせてください。
私はこのプロジェクトのアイデアを一年のほとんどの間持っていて、8月から積極的に取り組んできました。
私が最近投稿したもの、金属製の車輪、外部からの妨害、そして私の 2 つの誤りを暴くチュートリアルはすべて、このプロジェクトのために準備した研究です。
それに加えて、幸運なことに、いくつかの試合はオープン中であり、このプロジェクトに最適です!
つまり、これは数か月の作業の結果であるだけでなく、初めてゲームを提出したものでもあります。
したがって、このチュートリアルが気に入った場合、または安価なロボット シリーズのファンである場合は、私に投票することを検討してください。
もちろん、プロジェクトそのものよりもはるかにクールではありません。
シャフト エンコーダとスピード コントローラーは、一から作るには複雑なものです (
工作用品は言うまでもなく)。
しかし、私たちは物事を簡単にすることができることを保証します。
始めましょう!
安価なロボットの作成方法について詳しくは、安価なロボットのラインナップをご覧ください。
私がやっていることの詳細については、私のプロフィールページをチェックしてください。
Digilent または Digilent Makerspace の詳細については、Digilent ブログをチェックしてください。
簡単に言うと、ロボットの車輪の回転速度を判断するために使用できるセンサーです。
モーターまたはホイールが回転すると、エンコーダーはロボットに高信号パルスと低信号パルスを送信します。
これらのパルスは、モーターの回転速度に応じて速くなったり遅くなったりします。
パルスのタイミングを計ることで、ロボットは推測することなくモーターの回転速度を知ることができます。
これは非常に正確なアクションを実行したい場合に非常に重要であり、あらゆる場所で使用されます。
実際、家庭にあるプリンターのモーターのほとんどにはシャフト エンコーダーが付いています。
問題は、安くはないということです！
この正確な測定を実行するには、通常、シャフト エンコーダを非常に正確に製造する必要があります。
ロボット キットの安価なシャフト エンコーダでも、多くの場合、特殊な磁石とホール効果センサーに依存しています。
インフラストラクチャの赤信号を利用すれば、自分の家を安く建てることができます
。非常に巧妙な方法で古いハードウェアから光学式エンコーダをリサイクルすることもできますが、私はエンコーダをそれよりも近づけたいと考えています。そうだ！
これが必要なものです！
これらの消耗品は、このチュートリアルで使用される金属ホイール チュートリアルの消耗品です。
次のものも必要です。これはシャフト エンコーダ自体の場合です。
実際の使い方を説明する際は、次のチュートリアルで配線を紹介します。
金属ホイールのチュートリアルを始める前に、リムを磨いてください。
これは実際には非常に重要なステップであり、適切に実行するには時間がかかります。
私が使用しているスナップル キャップのようなキャップでも、錆を防ぐために薄いクリア ペイントが塗られています。
このステップの 2 番目の図を参照してください。
私が磨いている箇所がどれだけ深いかわかりますか？
このようにエッジ全体がきれいに磨かれるまでは磨きたくないです。
YouTube でビデオを取得し、時間をかけて慎重に磨き上げることをお勧めします。
その後、私の安価なロボット チュートリアルの金属ホイールを使用してホイールを完成させます。
このチュートリアルでは、完了する前にホイールにさらに変更を加えるため、完成したホイールをモーター シャフトに貼り付けることについて心配する必要はありません。
このステップでテープをカットするには 2 つの方法があります。
私のおすすめの方法は、まな板の上に小さなテープを置き、x-
Acto のカッティングピースを使用することです。
これに満足できない場合（
または両親がナイフを使用させてくれない場合）、
ハサミで部分を切ることができます。
各テープの長さはわずか約 1/1/4 (
より合理的な単位系を使用している場合は 6mm) にする必要があります。
３～４枚切ります。
私は 4 つが好きですが、すべてを車輪に取り付けるのは少し難しいです。
このステップでは、各ピースの長さは幅ほど重要ではありません。幅は使用しているテープの幅である必要があります。
これは、各テープの幅がまったく同じである必要があることを意味するため、優れています。
テープを入手したら、ホイールの端に慎重に貼り付けてください。
均等に配置するようにしてください。ただし、問題はないので、直接見てください。
各テープの間に大きな地金が存在することを確認することが重要です。
これにより、エンコーダ センサーがテープ間の導電ホイールに確実に接触します。
テープがかなりまっすぐであることを確認することも重要です。
これは、エンコーダーが各バーの幅を測定するためです。 (
そのため、幅を同じにすることが重要です。)
これはおそらく、プロセス全体の中で最も面倒なステップです。
若い場合は、非常に手先の器用さが必要なため、大人にやってもらったほうがよいでしょう。
どうしても自分でやりたい場合は、十分に注意してください。
このステップを正しく行うために、私自身も何度か春を経験してきました。
ホイールをモーターの上にスライドさせて、それを使用して、接触スプリングがどのくらいの高さになければならないかを理解します (
最初の写真のように)。 (
このステップの最初の写真では、実際には指でスプリングを圧縮していないことを指摘しておきます。
車輪に関連するスプリングがよく見えるように、ただ握っているだけです。)
このステップの 2 番目の写真をご覧ください。
スプリングがわずかに鋭角になっているのがわかりますか?
私の目標は、スプリングがホイールの端に届くまでわずかに下に曲がっていることを確認することです。
また、先端がホイールの端に軽く押し付けられるように、スプリングを少し曲げすぎていることを確認します。
これは、スプリングが常にホイールと接触していることを意味します（
たとえ私が打った穴が中心より少し前に落ちたとしても）。
スプリングを曲げる場所がわかったら、そこをペンチで曲げます。
2 つのペンチを使用して、この部品の正確な曲がりを把握することをお勧めします。
ワイヤの一端をコンタクト スプリングの底部にスライドさせます。
これを行うには、ワイヤーをスプリングの 2 つのコイルの間にスライドさせ、スプリングの端のフラット コイルの間に挟まれるまで回転させます。
正しく行うと、溶接時にスプリング自体がワイヤーを保持します。
ここのはんだがとても熱いことがわかりました。
それらをお持ちの場合は、ワイヤのもう一方の端にあるヘッド ピンを溶接するためにそれを使用することもできます。
使用したツイストワイヤーが太すぎてブレッドボードにきちんと収まらなかったので、これを行う必要があります。
最後に、2 本のワイヤのうちもう一方をモーターの金属ハウジングに直接接着しました。
モーターハウジングは金属シャフトに電気的に接続されており、金属シャフトは金属ホイールにも接続されるため、これは重要です。
同時に、ホイール、シャフト、ハウジングはモーター機構の内部から絶縁されます。
これは、モーター ハウジングが金属ホイールへの固定的かつ継続的な接続を提供することを意味します。
まず、モーターハウジングに絶縁テープを貼ります。
ワイヤをハウジングに直接接続しただけなので、接点スプリングを回路から隔離したいと考えました。
このようにして、スプリングがホイールの地金部分に触れた場合にのみ接続が完了します。
私たちのコーダーが今どのように動作しているかわかりますか?
何かを接着する前に、バネがどこへ向かうのかを知りたいと思います。
ホイールをスライドさせてモーターに戻し、接点スプリングを所定の位置に保ちます。
2 番目の写真では、バネの先端がテープの中央のホイールにどのように接触しているかに注目してください。
次にコンタクト スプリングをそこに戻すので、コンタクト スプリングの底部をどこに置くかを覚えておいてください。
次のステップがすぐに行われるため、ホイールを取り外します。邪魔にならないようにします。
モーターハウジング（テープで留めた部分の上）に接着剤を大量に塗布します。
次に、ペンチを使用して、コンタクト スプリング ベースに接続されているワイヤをクランプします (図 3 を参照)。
コンタクト スプリングを接着スポットにしっかりと配置します。
冷めても安定します。
接着剤が冷えたら、ホイールを後ろにスライドさせて、スプリングの接触点を再度確認します。
図 4 でわかるように、私の場合は快適にするために、テープの端に少し近すぎるため、バネを伸ばしてバネを少し調整しました。 (
スプリングがホイールの端との接触を維持できない場合は、ペンチでスプリングを少し曲げることもできます。)
これを行う場合は、スプリングを傷めずに最初からやり直す必要があるため、十分に注意してください。
スプリングがホイールに接触する状態に満足したら、モーターをバッテリーに接続してみます。
こうすると、車輪がバネの下で回転しているのがわかります。
スプリングの先端に注目し、通過時に常にテープに触れていることを確認してください。
完成したシャフトエンコーダがこれです！
ご想像のとおり、これは基本的にスイッチのようなものです。
ホイールが回転すると、テープが 2 本のワイヤー間の接続を切断します。それが私たちが感じることになるのです。
各テープの長さはまったく同じであることがわかっているので、各テープのブレークタイムを測定することができ、それによってモーターの速度がわかります。きちんとしたよね？
しかし、まだ終わっていません。
次に、簡単なPIDを使ってモーターの速度を制御する方法を紹介します。
これは家の周りで見つけられる断片的なもので行われるため、それを使用するだけで、すぐに完全に機能することを期待することはできません。
debinginterrupt チュートリアルで紹介したものと同様の信号処理を適用する必要があります。
初めてのレース参加なので、ぜひ投票を検討していただければ幸いです！
これは、このプロジェクトを完了するための一連の作業の最初の部分でもあるため、公開されたら、私の PID チュートリアルを読んでください。
どうもありがとうございました。楽しんでいただければ幸いです!