さて、サーボの基板でも作ってみるか

そういうワケで、独立状態になったものの…すぐにお仕事大量でウハウハ荒稼ぎ…なんてコトになるわきゃない(泣笑)ので、まずはオサライやオベンキョウも兼ねて、前職でやってたサーボ基板を自分の手の内だけで作れるかの実験をやってます。

具体的には、某J社のN×3421と同じような基板が自分で作れるかどうか…できれば、当時追加したかった細工や機能も追加した形で実装し、実際に組み込んでチャンと動作するかどうか…ですかね。

これがチャンとできたら、手持ちのD$3401(これは単なるデジタルサーボ)の基板と入れ替えてシリアル化してしまおうかなという感じです。現在製作途中のTheMask(二足ロボ)のメインサーボはD$3401なので、これを全部シリアル化できるなという目論見です。

ファームに関しては、昨年末に会社を辞めた段階で、まだアタマの中に残ってた情報を元に全てのコードをゼロから書き起こしたものがあり、これをトラ技ライター経由で既存のN×3421に書き込んで動作するコトを確認してあります。ま、こんなコトができるのは、一つには使っているマイコンであるKinetisのツールが優秀で、IOの初期化周りのコードが自動生成できるために、本題部分のコーディングだけを思い出せば済むからでしょうね。ありがたいコトです…。開発環境も、生成バイナリがたったの5KBしかないため、会社と同じIARの環境を無償モード(Cortex M0+で16KBまではOK)で使わせていただけますし。こちらもありがたいコトです。こういうのが本式のお仕事になったら、ポッドとかもチャンと購入しないとね。

で、これまた昨年の終わりの段階で「たぶん、必要になるよなー」という予感の元に勉強を始めたKiCAD(最初は単車のウインカ用LED基板だった)を使い、Kinetisマイコンの回路を起こしなおし、基板パターンを作成してます。そのデータをまとめて基板屋さん(今回はElecrow)へ発注というステップです。当時の回路設計も大半に自分が関わってるし、そう大したコトをやってるワケでもないので、この辺もどうにでもなります。

あとこの際いくつかの変更を行い、よりノイズ耐性を高めたりする方向に改良作業もやってます。もっとも、この辺はブレッドボードでは何の確認にもならず、実際に組み込んでブッツケで実験してみるしかないので、その実験も兼ねてという形ではありますが(笑)。

今回初体験なのは、ガチの表面実装両面基板のパターン設計と、自宅で可能な部品調達手段のチェック、それと、実装屋さんへのお願いという感じでしょうか。

基板のパターンは大昔には普通にやってましたし、昨年末までの製品の基板でも色々と助言したりしていたので、パズルではありますが概ね問題なく数日で完成しました。こういう回路は、実装の仕方にノウハウがあるので、ソコはできるだけおさえながらという感じです。

部品調達は、今回はDigikeyChip One StopMouserにお願いしました。残念ながら、どこも「ワンストップ」にならなかったのが微妙に残念です(笑)。使う部品メーカは、マイコン以外は以前からロームの部品が多かったので、今回もロームで固めてあります。

実装屋さんとしては、これまた以前からお世話になってるクレイン電子に頼もうと思ってます。さすがにもう、QFPや1005のコンデンサを自分でハンダする根性はないっす(^_^;)。んで、残件としてお願いするための資料作成ですかね。KiCADから生成できればイイのですが、まだその辺はお勉強中という感じです。

さてさて、うまくいきますかね(笑)。

ちなみに、念のために書きますが、回路図もファームも会社辞めてから自宅でゼロベースで起こしなおしているコトと、元の製品は特許等で保護されてるものではないコトが分かっている(だって当時やってたの、ヲイラだし)ので、著作権とか特許権関係のご指摘は無用です(笑)。

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3D CADを初めて使う前に知っておいてほしいコト

そういうワケで、3D CADの勧めを書いてしまったワケなので、続いて3D CADを使い始める前に覚えておくと躓きにくくなるであろう予備知識をいくつか書いておく。3D CADを始めてみたけど良くわからないとか、何がどうなってるのかサッパリという声を時々聞くので、やはり事前情報は重要なのかなという気がする。

特に2DのCADに慣れ親しんでいる人は、一度その常識を全部捨てないといけないかもしれないぐらい、3D CADの考え方は違っているかもしれない。方眼紙に作図してる人も、ちょっとびっくりするかもしれないね。

1:最も基本的な使い方

3D CADにも色々あるが、機械製図系の場合は多くがソリッドモデリングになっているハズで、操作方法の違いはあれど概念的にはホボ同じ仕組みになっている。それは

  • 平面に絵を描く
  • その絵を引き延ばして立体にする

という作業の繰り返しだというコト。つまり、例えば長方形を描き、それを引き延ばして直方体にするといった作業だ。円を描けば円柱ができるワケである。

最初の平面をどう設定するのかはソフトによるので少し注意が必要かな。だけど、何らかの方法で最初の平面に図を描き、それを引き伸ばせば何がしかの形ができる。そうしたら、その形のどれかの面にまた平面を設定し、そこに絵を描き、それを引っ張り出せば枝ができるといった塩梅である。

この逆に、描いた形に穴を空けるという操作もある。最初の一回で出来た立体のどれかの面に穴を開けたりできるワケだ。穴の深さも設定でき、貫通も指示できるハズだ。

ただし、お気づきかもしれないがその絵は「閉じて」いる必要がある。全ての線は、一周して閉じていないと立体になれない。複数の閉じた線が同時に存在しても構わないが、その途中が交差してはならない。そうでないと、引き延ばした形状ってイメージできないよね。

閉じた線が入れ子になっていたらどうなるか…例えば2つの輪っかが入れ子になっている場合、これを引き伸ばすとその平面形状で四角い断面のドーナツになる。これを応用すれば、例えば四角い板にあらかじめ穴が空いてる状態で作図しておくだけで、穴あきの板がモデリングできるコトになるワケだ。

ほとんどの形状は、この方法で描く事ができると思う。板材なら、平面形状を描いて板の厚み分だけ引き出せばできる。他にも細かい操作は色々あるし、円柱面以外の曲面を操作するにはまた別のやり方があるんだけど、とりあえずココでは触れない。

2:寸法のこと(および拘束という考え方)

とりあえず、適当に絵を描けばなにがしかの立体形状になるのはご理解いただけたと思うが、当然それでは正確な部品は描けないので、寸法をきちんと指定せねばならない。ここで、特にこれまで2DのCADを使ってきた人は、一度その感覚を捨てる必要があると思う。

2DのCADにおいては、線分は「寸法通りに描かねばならないもの」であり、描いた後で入れる寸法線は、「すでに描かれた線分の長さを表示するもの」でしかないハズだ。

しかし、3D CADにおいては線分は「まずとりあえず適当に描くもの」なのだ。四角が欲しければ、まず四角を描くといった塩梅に。で、その後で寸法を「指示」する事で、希望の寸法に「拘束」していくという形をとる。

この「拘束」という概念がミソで、単に線分の長さを表示しているだけではない点が重要なのだ。例えば、四角形の幅を拘束するにしても、上下の辺の「長さ」を拘束するコトもあれば、左右の辺の「間隔」を拘束するコトもあり、これは全く意味が違う拘束になる。

さらには、円に接する接線として拘束したり、平行線として拘束したりと、寸法以外にも様々な拘束が存在している。これらを上手に使えば、恐ろしく簡単に作図できるようになってくるものだ。

逆に、これらの拘束をきちんと使わないと、先の「閉じた」図にならなかったりもするので、注意が必要だ。例えば自分で線分を描き、円と接するように描いたつもりでも、実際には接していないなんてコトはザラにある…というより、拘束をかけなければ正確に接するコトはないと思ってもらって構わない。正確に接してくれなければ、閉じていない線というコトになり、立体にできない。この辺りも、初めて使った時に戸惑う理由の一つだろう。

この辺りは実際に作業してみたほうが解りやすいと思うが、大事なコトは、この寸法はあくまで「拘束」であるというコトだろう。そして、同じ事は組立図においても発生する。つまり、部品と部品の間隔を「拘束」してみたり、丸い部品と丸い穴を同心(中心一致)になるように「拘束」したりできるワケだ。むしろ、組み立てる作業というのは、この拘束を設定していく作業に他ならない。

この拘束という概念は結構アチコチで出てくるので、覚えておくと戸惑わなくて済むと思う。

3:部品図と組立図

多くの場合、絵を描いて形をひねり出した部品図と、そうやって出来上がった部品を並べて拘束して組み立てる組立図は別になっている。組立図の中では、あくまで立体になった部品を組み上げていく形になる。

その際、実は組立図の中に別の組立図を引っ張り込むコトが可能なコトが多い。つまり、例えばオムニホイールを組み立てた組立図を用意し、それをRCJ機体の組立図に4回割り付ければ、オムニホイール4個が現れるといった塩梅である。当然、元のオムニホイールの組立図を修正すれば、全てが自動的に更新される。

こうやって、いくつもの部品をいくつかの組立図にて組み立て、それらをまた別の組立図で組み立てて大きな形を形成していくワケだ。

無論、最初から全部バラバラの部品を一気に組み立てるコトも不可能ではないけれど、多くの場合で管理が大変になり、疲れ果てるだけだと思う(^_^;)。

結論

そういうワケで、ざっと簡単に書いてみたが、実際に操作すればそう難しいものではないというコトもご理解いただけると思う。上記の点を念頭において、まずは触ってみるコトをお勧めする。

以上

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なぜ3D CADで設計するのか(ヲイラの場合)

ここ数年来ずーっとRCJ(ロボカップジュニア)をワッチしてるのだが、時代の流れというか尖った人材の乱入のせい(笑)というか、昔のような切った削った貼ったの時代からだいぶ進化してきてて、きちんと設計してきちんと部品をCNCで削り出してきちんと組み立てて動かす方へシフトしてきてる感じがする。

これはある意味当然のコトで、道具が進化している以上いつまでも原始的なやり方や、既製品だけでモノを作っていくのには限界があるし、進化した道具を低学年のうちから経験する事もまた、当たり前のコトだろうと思う。ま、コストの問題はあるにせよ、今は各地にそういった工房もできているので、必ずしも全てを購入せねばならないというコトでもないだろう。

(実際問題、ヲイラが中学生の頃はそもそもプログラミングするコト自体生徒がやるコトではなかった。そんなコトやってたら「遊んでないで勉強しろ」とさえ親に言われたものだ。これに関しては、今でも時々親にリベンジしているが(笑))

しかしながら、まだ今の所「あの道具を使えば勝てるのか」レベルの発想で導入しようとしてるケースが後を絶たないらしい。CNCを使えば勝てるとか、3Dプリンタを使えば勝てるなんて発想は、ブッチャケて言えばボンクラ以外の何者でもない。

で、折角こういう場所も作ったので、自分を例に引きながら何のために3D CADを使い、何のためにCNC等を使っているのかを解説してみるコトにする。願わくば、御無体な要求(笑)を喰らい続けているであろう各地のメンターさんの補助になればと思う。

理由その1:事前に組み上げ予想がつく

事前に組み上げ予想がつくというコトは、切った貼ったで積み上げた時によく発生する「部品が入らない」という問題を回避できる可能性が非常に高いというコトだ。黙々と切って作った部品がゴミになるのは泣けてくるだけでなく、大きな時間のロスを生む。従って、仮にCNCや3Dプリンタを使わなくても、3D CADで設計するコトには大きな意味があると思う。

また、逆に全体像が事前に見えるコトで、機能的な検討を画面の中で行ったりするコトもできる。センサーの位置とかって、実際に組む前から検討できるってのはかなり強力だよね。場合によっては、格好良さをそこで追求することだってできるし(笑)。

(ま、本来はこっちが優先で、どういう格好の中にどう詰め込むかと考えるのが筋なんだけど、ここではRCJ等に話題を絞るのであえて書かない)

ただし、これには条件がある。それは「全てを原寸でモデリングすること」である。つまり、組み立てに使用する全ての部品を3D CAD上に描き出さないと、実際に組めるかどうかは判断できないというワケだ。まぁ、さすがに細かいネジまでやる必要性はそうそうないとは思うが、スペーサやモータ等、市販の部品も全て採寸し、一度モデリングする必要がある。そうすれば、入る/入らないとか、ネジが締結可能かどうか(ネジ穴の位置が狂ってないか)等が判断できるコトになる。

(だからといって、無意味に細かい部分(ネジ穴のネジ山とかさ)までモデリングすると、今度は3D CAD自体の動作が重くなってしまうので注意。寸法的に重要な部分を重点的にモデリングするのがコツだろう)

なお、別の注意として「工具が入るルートがあるかどうか」「組立手順」もよく検討せねばならないというコトを付記しておきたい。画面の中ではどんな部品をどういう順番で並べても概ね組立可能であるが、実際の品物を組み立てようと思ったら、ドライバやレンチが入るルートがなかったり、実際には組み立てが不可能というケースがあるのだ。これでは折角データができても役立たずになってしまうので、細心の注意が必要だと思う。

ちなみに、通常3D CADではモデリングは単体部品単位で行う。画面内での組立は、事前にモデリングしたデータを組立図内に割り付けて行う。例えば同じモータが4個あるのなら、1個だけモデリングして、組立図内に4回割り付ければ済む。後から変更するのにも、こうしておけばモデリングした1個を修正するだけで、組立図内の4個は自動的に更新される。この辺も3D CADを使う理由の一つだ。2Dや方眼紙ではなかなかこうはいかないよね。

また、この関係で可動部の当たりチェックも画面の中で可能。例えばハッチが何かに当たったりしないかどうか、画面の中で確認する事ができるので、間抜けな設計をしてしまう率も減るコトになる。

無論、一度モデリングしたデータは再利用が可能なので、他にも使うことを念頭にライブラリフォルダを作って入れておくのも一手だろう。ヲイラも、そういうファイルを大量に抱えている。

理由その2:寸法を割り出すのが楽(間違いにくい)

3D CADは当然寸法を設定しながらデータを作成していくので、それらが存在する組立図内の空間距離は正しい寸法になっている。従って、例えば組立図内で何かの部品を組み上げたあと、任意の二点間の寸法を組立図内で「計測」することができる。

これは思いの外便利で、複数の部品にまたがる部品を設計する時や、斜めの部品が存在したりする時には非常にありがたく思える。そしてこれもまた間違った部品を生み出さなくて済むというメリットにつながる。もちろん、そうやって寸法を割り出して新たに作成した部品のデータは、当然組立図内で組み立てられ、実際にうまくマッチするか確認できる。

理由その3:3DプリンタやCNCにデータを引き渡せる

もちろん当然と言えば当然なのだが、3D プリンタやCNCはデータがなければ何もできない。このデータを生成するのには各種の方法があるが、3D CADで設計していれば、簡単な変換だけでこれらに引き渡すデータを生成できる。

立体物を3Dプリンタに出力させる場合は、モデリングした3Dデータからソレ用のファイルフォーマットへ変換(stlファイルが多いかな)してやればイイし、CNCを使って板を切り抜くなら、同じく3Dデータから平面図を生成し、それをまた変換(こっちはdxfファイルが多いかな)すれば済む。変換時に若干の誤差を含む場合もあるかもしれないが、基本的には寸法はそのまま変換されるので、生成される品物の寸法も基本的には間違いがないことになる。

このことはすなわち、設計で確認できた(間違いのない)寸法の通りに実際の部品が生成されるということであり、逆に言えば3D プリンタやCNCはそのために存在する道具なのである。こういうプロセスを経ないでCNCや3Dプリンタの話をするのはナンセンスと言っても過言ではないだろう。

結論

従って、3D プリンタやCNCの導入を騒ぐ前に、まず3D CADでの設計を進めることをお勧めする。今なら無料で使えるソフトも結構あるのだから、手を出さない理由がない。

まぁ、パソコンのスペックによっては少々大変かもしれないが、恐らく現段階においてはそれはもう限りなく古いものではないかと思うので、これを機に最新モデルに更新しても良いのではないかと思う。その際はできるだけ大量のメモリを積むことをお勧めする。

以上

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旧サイトを復旧しました

とりあえず、新サーバにフォルダ作って古いデータを整理もせずに放り込みました。なお、VISOR関連のページは既に終了している基板通販のページなので削除してあります。

その他、リンク切れが多数あるかと思いますが、その辺はボチボチってトコですかね(笑)。

http://www.zaklab.jp/old_zaklab/

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このサイトの立ち位置について

以前からZakLabの名義は自分が何かやる時のプロジェクトの名前にしていたんですが、今後は一応お仕事を受ける時の屋号にもなります。

とはいえ、しばらくは何か製品を作って出すなんてコトもないとは思うので、このサイト自体は従来通り基本的には個人用にしとこうかと。

ただ、やはり新規のお仕事ご依頼に関しては何か元になる情報も必要でしょうから、その参照にできそうな情報もできるだけアップしていこうかなとも思ってます。

当然、趣味バリバリネタも一緒にアップの予定ですねぃ(笑)。

 

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第二期 ZakLab 始動しました

さて、とりあえず屋号を明記した形で第二期のZakLabが始動しましたよっと。

今回は副業ではなく本業の形になりましたので、第一期とは違ってお仕事色々受けて行く形になるんでしょうね。

基本的に、ハードウエアとソフトウエアの境目をなんとかするのが得意なので、その辺りのお仕事を中心にメカ関係も絡めながらやっていけば、自ずと自分が作りたいものに近づいてくるのかなと思ってます。

自分の作りたいもの?

それがお仕事の形になるか趣味の範疇になるかは不明ですが、やはり以下のようなものかなと。

・身長30cmぐらいの「かっこいい」二足歩行ロボット
・当然自律
・主な機能は…相棒かな。執事的な何かができるといい。

欲しいのは、自分の分身なんですよね。人型をさせるのは、機能的には「何の意味もない」のですが、自分の分身が箱型というのはヲイラには受け入れられないなぁってコトで(笑)。

存在感があって、ある程度のマネジメントを任せられるような存在だとなおよし。どういう形でそれを創るコトになるのかは解らないし、必ずしも自分が全てを産み出す必要も(能力も?)ないとは思うんだけど、そこへたどり着こうとする活動の中で、何か色々な勉強なりお仕事なりができていけば良いなと思う。

少なくともしばらくは一人でこういった活動をしていくコトになるので、皆さま色々とお願いするコトもあると思いますが、よろしくお願いしますm(_ _)m。食い扶持も稼がないといけないしね(^_^;)。

 

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ZakLabサイト、仮復活

とりあえず、WordPressでの仮復活です。これから色々いじります。ドメイン関係もいじらないとなぁ…

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