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Fグループ電子工作講座

秋月電子SH7125ボードで始めるマイコン開発

最近試した事

グループ内でロボコンを開催するにあたって幾つか試したのでそれを記録しておきます。


・CPUボード
AKI-7125 → AE-RX220

・モータドライバ
TA8428K/TA7291P → TB6612キット

・バッテリー
NiCd7.2V/LiPo ET1 7.4V → KeepPower 18650/16340/14500 (LiPo)

・タミヤギヤボックス
ハイパワーギヤーボックス HE/ウォームギヤーボックス HE→4速クランクギヤーボックス

CPUボードについては内容が多いので別途解説します。

モータドライバについて

昔はTA8428Kを使用していましたが、秋月での取り扱いがなくなったため最近はTA7291Pを使用していました。TA7291Pは使い勝手は良いのですが少なからず電力ロスがあり、電源とモーターを直結した場合より回転数が落ちたりモーターを動かし続けていると発熱する等ロボットを動かす上で課題がありました。そこでTB6612キットを試しました。
根本的に違うのはドライバ内部のトランジスタです。

TA系バイポーラトランジスタタイプのドライバです。比例制御ができますが、ロスがあるため大電流を流すと発熱します。

TB系FETタイプのドライバです。ロスが小さく大電流を流してもほとんど発熱しません。放熱板が無く小型化できます。

PWM制御をする場合はトランジスタ自体が比例制御の機能を持っている必要はありません。
このサイズでモーター2つを制御できるのも魅力です。
TB6612に熱遮断機能はありますが、モーターが引っ掛かった状態で電流を流し続けていたらドライバが煙を吹き穴が開いて破損してしまいました。
条件によっては出力側の短絡保護は機能しないのかもしれません。
大電流を流せる能力間違ったときに大電流が流れてしまう事にもつながることに注意が必要です。
ロボットに基板を固定できないので、基板に穴を開けて使用しています。

JP1は短絡して常に動作許可、PWM入力はプルアップでデューティー比100%固定にし、正転逆転端子にPWM信号を突っ込んでTA8428KやTA7291の様な使い方をしています。信号線が7本つながっていますが一本は動作許可信号線なので機能しておらず実質6本で制御しています。


バッテリーについて

ロボットの電源として昔買った7.2V Ni-Cdバッテリー7.4V保護回路無しのLi-Poバッテリーを使用していました。

Ni-Cdバッテリー
雑に扱っても壊れませんが長時間動かすために容量を増やすと大きく、重くなってしまいます。

Li-Poバッテリー
小さい割に容量が大きく、大電流を流せるのが特徴です。しかし、1回でも一定電圧以下まで電気を使うと(過放電)バッテリーが壊れて充電できなくなります(充電器による保護機能)。

アルカリ電池やNiCdバッテリーの様にマイコン回路にLiPoを繋いでマイコンが動かなくなるまで電気を使うと確実にバッテリーが壊れます。私は今までに電源を切り忘れて何個か壊しています。

今回は高輝度懐中電灯用の保護回路入りLiPoバッテリーKeepPower 186501634014500を試しました。18650は電子タバコなどで使用されるバッテリーサイズらしいです。16340はCR123Aリチウム電池とほぼ同じサイス14500は単3電池とほぼ同じサイズです。
 
ほぼ同じなのですが、保護回路のせいで14500は単3電池より3mm(一円玉2枚の厚さ)ぐらい長くなっており単3用電池ケースはそのままでは使えません。幾つかケースを試しましたが、KeepPower14500は電池の長さ電池ケースの内寸を超えており電池バネを加工した程度ではどうにもなりません。

6本ケースに無理矢理詰めたら入りはしましたが、電池バネを押しつぶしきっているうえにケースも若干歪みます。電池にダメージが入りそうなのでこの使い方はやめておいた方が良いでしょう。

結局電池ケースを途中で切断し、アルミ板にセメダイン スーパーX張り付けて延長しました。また、ケース内のプラス側にある出っ張りが邪魔になるので切り落としました。
 
組み立てて1ヵ月ぐらいたちますが接着が剥がれてしまいました。
別の電池ケースを探した方が良さそうです。

KeepPower16340もCR123Aより電極間距離で3mmぐらい長いのですが、秋月で扱っているCR123A用電池ケース(と同等品)の電池バネを一度外して追加工することで入るようになりました。プラス側端子が電池ケースと擦れすので少し拡張するとなお良さそうです。
電池バネのエッジのせいで電池に擦り傷がつきます。電池バネの角に面取りをした方が良いでしょう。

ちなみにエアガン用のフラッシュライトに入れてみましたが、長すぎて入りませんでした。CR123Aより電圧も高く過電圧でライトが壊れる事もあるらしいので良く確認して使用しましょう。

KeepPower18650も秋月で扱っている18650用電池ケースの電池バネを一度外して追加工することで入るようになりました。素の状態で入らなかったので、標準の18650より3mmぐらい長いと思われます。同じく擦り傷が付きます。


KeepPowerの保護回路入りバッテリーは過電流や過放電でバッテリー内蔵の保護回路が働くと内部で断線したような状態になりこれが維持されます。購入早々バッテリーを壊したかと思って焦りました。
専用の充電器には保護回路をリセットする機能があります。保護状態になったバッテリーを充電器に入れて数秒待つと回路がリセットされ再び使用可能になります。


タミヤギヤボックスについて

昔から140モーターを使用するハイパワーギヤーボックス HEウォームギヤーボックス HEを主な動力源として使用していたのですが、最近4速パワーギヤボックス HEを使用するようになりました。
そして今回は130モーターを使用する4速クランクギヤーボックスを使用しました。
ギヤ比を幅広く選択できるうえ、クラッチギヤが入っており過負荷になってもギヤやモーターが壊れません。
ただ、ウォームギヤが弱くモーターにウォームギヤを挿入する際は丁寧に取り扱わないとギヤが変形してモーターが回らなくなります。


その他

以前モーターにコンデンサを付ける説明をしましたが、端子間をつなぐ方法(写真上)とフレームを経由させる方法(写真下)でノイズの大きさが違う様です。


今回紹介したRX220+TB6612+KeepPower18650の組み合わせにおいては端子間をつなぐ方法の方がノイズが大きいらしく、シリアル通信でエラーが頻発しました。同じ組み合わせでフレームを経由させた場合だと通信エラーは起きていません。
コンデンサの容量や耐電圧の問題なのか、はたまたフレームを経由させること自体に効果があるのかは今のところ不明です。

CPUボードの比較はまた次回
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