Petit-ETCar(1)

Technical Information/GR-CITRUS

  

SAMBOU-KANを用いた「プチ電車カー」の作成

プチ電車カーとは、GR-CITRUSで制御する動きモノガジェットです。Wakayama.rbで出たアイデアを形にしました。DCモータードライバを装備しているSAMBOU-KANボードを用いて、ダイソーで売っている「プチ電車」のモーター付き車両を２つ制御し、車のように動かします。

• ただ動かすだけでは芸がないので、距離センサ、接触センサ、および近接センサを用いて、安全機能(?)を追加しています。
• 使用しているSAMBOU-KANボード(SAMBOU-KAN-3) はプロトタイプです。リリースバージョンではありませんのでご注意ください。
• SANBOUKANボードが正式にリリースされました。現時点の最新リビジョンは2.3となっています。(参照：https://github.com/wakayamarb/sambou-kan ) -- 2018-02-08
  
  
  

  

構成

• プチ電車モータつき台車 (ダイソー) 2
  
• GR-CITRUS (GR-CITRUS-FULL :秋月電子) 1
• WA-MIKAN (WA-MIKAN-FULL :秋月電子) 1
• SAMBOU-KAN-3 (サーボ & DCモータードライバ基板 :ルアリダワークス) 1
  • デュアルＤＣモータードライバーＩＣ (TB6612FNG :秋月電子) 1
  • セラミックコンデンサー０．１μＦ５０Ｖ (GRM188F11H104ZA01 :秋月電子) 4
  • セラミックコンデンサ　１０μＦ２５Ｖ (GRM21BB31E106KA :秋月電子) 2
  • 電解コンデンサ10uF16V (16MH710MEFC4X7 :秋月電子) 1
  • 電解コンデンサ100uF16V (16MH5100MEFC6.3X5 :秋月電子) 1
  • 電解コンデンサ1000uF10V (10WXA1000MEFC10X9 :秋月電子) 3
  • セラミックコンデンサ 0.1uF50V(RDER72E104K2K1H03B :秋月電子) 1
  • 抵抗 3Ω (小型カーボン抵抗 1/4W 5% 3Ω :シリコンハウス共立) 1
  • ジャンパーピン (MJ-254-6Y :秋月電子) 2
  • 分割ピンソケット (FHU-1x42SG :秋月電子) 1
  • 分割ピンソケット (FHU-2x42SG :秋月電子) 1
  • 分割ピンヘッダ　２×４０ (PH-2x40SG :秋月電子) 1
  • 分割ピンヘッダ　１×４０ (PH-1x40SG :秋月電子) 1
  • 分割ピンヘッダ　（オスＬ型）　１×４０ (PH-1x40RG(2) :秋月電子) 1
• 単４電池ボックス (SBH-441AS :秋月電子) 1
• 距離センサ (GP2Y0A21YK :秋月電子) 1
• 近接センサ
  • フォトリフレクタ（反射タイプ）(LBR-127HLD :秋月電子) 1
  • 抵抗 100KΩ (小型カーボン抵抗 1/4W 5% 100kΩ :シリコンハウス共立) 1
  • 抵抗 39Ω (小型カーボン抵抗 1/4W 5% 39Ω :シリコンハウス共立) 1
• 接触センサ
  • タクトスイッチ(タクトスイッチ :秋月電子) 2
  • 抵抗 10KΩ (小型カーボン抵抗 1/4W 5% 10kΩ :シリコンハウス共立) 1
  • プラネジ(３ｍｍプラネジ（５ｍｍ） :秋月電子) 6
• 配線材 適量 (赤、黒、緑、黄) (UL1429AWG28がおすすめです)
• 台車連結ベース(3Dプリンタで作成)
• 電池BOXカバー(3Dプリンタで作成) ※ビス穴には3mmネジ用のタップを切っておく
• バンパーベース(3Dプリンタで作成)
• バンパー(3Dプリンタで作成)
  
• あと、電源として単４電池４本が必要です。モーターを駆動するため、マンガン電池は使用できません。アルカリ電池やニッケル水素電池を使用してください。動作時間を考えると、容量の大きいエネループなどがおすすめです。
  ※ WA-MIKANは本記事では使用しませんが、作成例2のリモートコントロールで使用します。

  

パーツリスト

  

機能

1. GR-CITRUSを使い、mrubyでモータ制御をプログラム
2. ダイソーのプチ電車の動力台車２台を制御し、車のように動作させることができる (命名：プチ電車カー)
3. 距離センサで前方の障害物を検出 (ターンして障害物を回避)
4. 近接センサで2cm以上の段差を検出 (少しバックしてターンし、落下を回避)
5. 接触センサで衝突を検出 (少しバックしてターンし、突進し続けることを回避)

  

作成方法

• 上記の「構成」および「パーツリスト」で列挙した部材を集めます。他に、ハンダコテとはんだ、およびニッパ、ラジオペンチ、ピンセット等の工具類が必要です。配線用ハーネスも必要です。
• 最初にSAMBOU-KANボードを作成します。配線図を参考に、各パーツをはんだ付けします。
  GR-CITRUS+WA-MIKAN+SANBOU-KAN+SENSOR_0.pdf SANBOU-KAN-3_0.pdf
  
  ※参考までに最新のSAMBOU-KANの回路図を添付しておきます。 -- 2018-02-08
  
  SANBOU-KAN2.3.pdf
  
  
  
  • 回路図のC12 (1000uF 10V)のみ、基板に実装ランドがありませんので、写真と配線図を参考に実装してください。
• プチ電車からカバーを取り外します。
  
  
  
• ２つの台車を台車連結パーツで連結します。（差し込むだけ）
  
  
  
• 連結したプチ電車の台車を裏返し、左右それぞれのプチ電車台車の動力輪のゴムタイヤを、内側の２つだけ外します。
  
  
  
• モーター配電用ハーネスを２組作成します。（赤が10cm、黒が14cm程度です)
  
  
  
• 電池BOXのハーネスの先にピンソケットをはんだ付けします。
  
  
  
• 電池ケースに電池を入れます。電源スイッチをOFFにしておきます。
• モーター配電用ハーネスを、プチ電車の乾電池の電極部分に装着します。黒ハーネスはマイナス、赤ハーネスはプラスの電極に装着します。マイナス極は電極の板バネにピンヘッダを押し込むだけです。プラス極は、プチ電車の電池装着レバーを開いた状態でピンヘッダを電極の位置に合わせ、レバーを倒して固定します。
  
  
  
• 電池BOXカバーを電池ケースにかぶせ、台車連結パーツの溝に合わせてどんつきまで挿入します。右側のプチ電車の電池装着レバーがじゃまになる場合は、若干レバーを戻して回避します。
  
  
  
• プラネジで電池BOXカバーにSAMBOU-KANボードを固定します。
  
  
  
• 距離センサ、および近接センサのハーネスを作成します。
  
  
  
• バンパーユニットを作成します。
  • タクトスイッチをバンパーベースに取り付けます。
  • 近接センサをバンパーベースに取り付けます。（押し込むだけ)
  • 配線図を参考に、各センサの配線を行います。
  • 各センサのハーネス加工を行います。一部は距離センサのハーネスに接続します。
    

  

• バンパーをバンバーベースにはめ込みます。
  
  
  
• バンパーユニットをプチ電車カーの前側の連結部分にはめ込みます。片方ずつ、カチッと音がするまで差し込みます。
  
  
  
• プラネジ２個で距離センサを電池BOXカバーに固定します。
  
  
  
• センサのハーネスを、SAMBOU-KANに接続します。P5,P6,J7を、それぞれJ5,J6,P7へ差し込みます。極性に注意してください。
  
  
  
• SAMBOU-KANのBATT POWERコネクタ(CONN21)J1にショートピンP1を装着します。
• SAMBOU-KANのUSBコネクタ(CONN20)J2にショートピンP2を装着します。
• SAMBOU-KANのR1 コネクタに、3Ω抵抗をつけたピンソケットを装着します。
  
  
  
• SAMBOU-KANのPIN2 に、左側のプチ電車台車のモーターハーネスを接続します。
• SAMBOU-KANのPIN1 に、右側のプチ電車台車のモーターハーネスを接続します。
  
  
  
• 電池BOXのハーネスのプラグP3を BATTコネクタ(CONN19)J3に接続します。極性に注意してください。ハーネスの遊び部分はプチ電車の台車の間に押し込みます。
  
  
  
• SAMBOU-KANにWA-MIKANを装着します。
  
  
  
• WA-MIKANにGR-CITRUSを装着します。
  
  
  
• 最後にBATTラインとGND間、および3V3ラインとGND間の抵抗値をテスターで測り、ショートしていないことを確認します。
  
  
  以上で組み上げは完了です。

  

ソフトウェア

• 自動運転プログラム
  電池BOXの電源スイッチをONにすると直進を開始します。障害物や段差を検出すると左ターンし、直進を継続します。　　※ 動作時はGR-CITRUSのSTARTピンをショートしてください。
    main.rb
• 動作映像
    2017/3/17 YouTube

  

補足

• 距離センサの不感領域
  使用している距離センサ (GP2Y0A21YK)は、障害物に近づくと検出電圧が大きくなるのですが、距離が5cmより短くなると検出電圧が急激に小さくなり、正しい検出ができなくなります。これを補うために、バンパーによる接触センサを追加しています。
• 近接センサの外乱対策
  使用している近接センサ (LBR-127HLD)は、赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタを組み合わせたモジュールです。通常の配線では外乱の有無で（例えば部屋の蛍光灯をつけた時と消した時）同じ距離でも検出電圧が大きく変わってしまい、手軽に使用できません。今回はフォトトランジスタのエミッタとコレクタを逆に接続し、検出感度を大幅に下げ、それを補うよう赤外線LEDに大電流(50mA程度)を流して発光強度を高め、外光の影響をほとんど受けないように工夫しています。パルス駆動で点滅させて省電力化を行うべきですが、外付け回路を簡単にするため連続点灯としています。