カテゴリー : MQCX

Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その31)

テスト用のマウンタを各所に発注したりとか、配布用の基板をいじったりしています。最終的に配布用の基板の色は青色で発注しました、そろそろ製造が終わりそうです。

■配布用の最終版基板イメージ

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そして、ちょっとした待ち時間に設計してみたら思いの外うまくいってしまったブラシレスモータドライバを載せた基板…。載っちゃったんですよ。全備重量で30g切る重量になりそうですね。サンプル用にドライバIC買ったのでうまく動けばテストするのです。

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Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その30)

現在進行形でモータマウンタを複数形状&複数材質で試作中です。

モーターマウンタが受ける力は、モーターからの振動・トルク方向への捻り・墜落時の衝撃の3つが主になってきます。特に振動に関してはある程度強度を落として減衰してあげないとジャイロに変な信号が入ってしまってピッチングして飛行できなくなってしまいます。でも、モータトルクに対して弱いと姿勢制御に遅れが出てしまい思ったように飛びません。墜落時の衝撃吸収は基板が破損する前に壊れることで吸収します。3つのバランスが大事なのです。

現状で一番いい感じなのは、DMMでプリントしたナイロン製のマウンタ。でも、1個が1,620円と高くなってしまうことが難点です。程よく振動吸収してくれて天井にぶち当てて落ちてきてもばらばらになりません。逆にPCB側が曲がったりする場合が出てきました。超音波センサによるオートレベルがうまくいかなくて…。

■現時点での5-1号機はこんな感じになっています。(白いのがナイロン製のマウンタ)

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※:右側に移っているちょっと黒黄色な物がWifiカメラ、バッテリ込み22gなのですが重すぎて30秒ぐらいしか浮かばないのでバッテリを本体と共有しようとしています。その下に移っているのが超音波距離センサ、自動高度安定しようとしています。コントローラーがPS3/4に対応となりました。PS4の方が若干タイムラグが大きい感じがします。

 

マウンタ形状に関してもいろいろと試作中なのですが、なかなかこれといった物にならず悩み中です。
落とした時にすぐに破損しちゃ困りますが、PCB側が破損する前にはマウンタが破損してほしい感じの強度がほしい。カーボンロッドを使ってマウントする方法も考えたんですが、下面にバッテリ搭載スペースが無くなってしまう…。先端部分だけの部分利用がいいのかな、それだと強度あり過ぎで落とした時に基板が曲がりそうなんで怖いんですけど。基板からモーターまでの距離が長ければ曲がれるからいいのかな?

それだったら基板側を極限まで削ってモータまでの距離を稼ぐ方法もありだな。カーボンロッドの太さを落とせば振動吸収も出来そう。量産機では樹脂マウンタにすればいいのか?

とか考えたんですが、基板を眺めたらこれ以上削れないところまですでに詰めていましたので無理でしたと…。

ちょっと冒険的にエストラマー的な材質でも何とかならないかも検討中です。かなり柔らかめな材質で指でつぶれるぐらいの硬さの物が使えないかと思案中。(ゴム状の物になるのかな)

そして、モータマウンタの単体コストは500円ぐらいが理想なのですが、3Dプリントだと無理っぽいのでレジンの注型で何とかする方法も模索中。そうすると、今の型では難しいらしい。ということでいろいろと問い合わせたり試作してもらったりとしております。

一発抜きができない形状ということで分割してとか、でも分割すると2個分だから単価がとか…。

100機単位になってくればナイロン製にして作って金型起こしたほうがいいんでしょうけどね…。Orz

という訳で、来月中ぐらいまではマウンタ周りの話題が続きそうです。自分では設計だけで作っていないので時間が結構かかってしまいます。

今後予定としては、モーターマウンタの試行錯誤の後はブラシレスモーターを搭載予定です。専用基板&専用チップ使って更に軽量化と高出力化していきたいと思います。現状でお高い機体になってしまうということだけ…。

そういえば、勘違いした物が作って送られてきてその後メール返信が無いところとか…。こんな事してたら仕事無くなるよ~。

Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その29)

軽量化版のテスト風景を何とか動画におさめました。PS3のコントローラーでのスロットル調整が難しいです。微妙な調整がうまくいかなくて上下してしまっています。制御側を見直すかコントローラー側に手を入れるかを考えないといけません。

あと、MQCXでない名前を考えないといけないプレッシャーが…。

 

Micro Quad Copter X-Type構成(β以降配布予定)

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■機体写真(β版)

 

■特徴

  • ローター以外可動部の無い4枚ローターのクアッドコプター
  • 日本の家の中でも飛ばせるように機体サイズを極力小さく
  • 厄介な電波法をクリアするためにUSB-Bluetoothドングルを使った通信を採用
  • 飛行制御(FCU)と機体制御(MPU)を分離して制御の簡略化
  • Arduinoを基本システムとでのプログラミングによる発展性を考慮
  • 拡張性を考えての制御信号の入出力(Analogx2:Digitalx2:I2C)
  • 機体コントロールにはPS3コントローラを標準使用
  • 最終的には単体での自律制御が目標(Kinect使用も考慮)

■機体サイズ

  • PCBベース最大幅 = 47mm
  • PCBアーム幅 = 4.6mm
  • PCBアーム長 = 105mm
  • モータースパン = 85mm(左右)/120mm(対角)
  • 最大幅 = 175mm(ローター回転径含む)
  • ローター直径 = 55mm
  • 最大合計推力=74g
  • 機体重量 = 約36.2g-45.8g(バッテリ含む)
    ※機体重量は基板厚/コネクタタイプ/バッテリ容量で変動

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Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その28)

昨日までテストしていたのは重量が重い方(基板厚が厚い方)で落ちても壊れる可能性が低い方だったのですが、ある程度目処が立ってきましたので2機目の軽い方の機体(基板厚の薄い方)にも同じプログラムをインストールしました。
マウンタもちょっと変わっているのですが全備重量で36.3gとなります。RCY/1.6mm仕様は50%出力で浮かびませんがEH/1.2mm仕様は普通に飛んでしまいます。軽量化って重要なんですね。

写真の左側がRCY/1.6mm仕様、右側がEH/1.2mm仕様です。

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Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その27)

ようやく落ち着いてフライトできる程度にはなったと思います。本当にプログラムって重要、ハードがいくらよくてもプログラムがなっていなかったら全くもって飛ばないとか勉強になります。まあ、自分の未熟さをまざまざと見せつけられて腹立ちますけどね…。

さて、いまちょっと悩んでいるのはモーターマウンタです。まあ、結構悩んでいた時間が長かったのですが今回は形状ではなくて製造をどうすればいいかという問題です。3Dプリンタで出力していたのですが個数が10個ぐらいならまあ何とかなるんですが、5機分と予備を考えると40−50個程度の数が必要になってきそうで、そうなると外部のサービス利用した方がいいのですが結構お高いんです。自分で型を取ってレジンを流したりとか考えないと配付金額がとんでもないことになりそうで悩み中です。

さてさて、ずいぶんお待たせしましたが配布に関しましてはこの次の投稿でお知らせさせていただきます。

Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その26)

いろんな事がありましたが、ほとんど解決しました。モーターの制御って以外に難しい物だったのですね…。そして空物は安易な気持ちで手を出してはいけません。

スティック操作に関する最適値がまだちょっと見つかっていない感じですがハードウェア的には概ね完成しました。

これでようやく配布用機体の設計に取り掛かれます。まあ、ほとんど出来ちゃっているのでちょっと見なおして製造しようかと思います。FCU用のUSB電源・部品配置変更・シルクの修正を予定してほぼ終わっています。ちょっと悩んでいるのは機体(PCB)の色、「テスト機=黄色、α/β機=赤」と来ましたのでやっぱり青ですかね?

単体で飛ばせるほどに安定していないので土日で何とかしたい野ですが時間があるか…。

Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その25)

今回の機体(5号機)は仕様を変えてテスト用に2機作りました。

  • 1.6mm厚PCBにRCYコネクタ実装版 => 41.8g
  • 1.2mm厚PCBにEHコネクタ実装版 => 38.8g
    ※:バッテリ重量は容量によって可変で-4g程度まで軽量化可能

こう見ると、1.2mm厚基板で作成したほうが優秀なのは数値からも明らかです。

機能満載でなんとかこの重量に何とか収めたイメージが強いですが、現在の自分の技術ではこの辺りが精一杯となります。※:基板の小型化とかのノウハウ持っている方いらっしゃいましたら教えて下さい。

■機体写真(手前が1.2mm仕様で奥の方に基板だけ写っているのが1.6mm仕様)

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前回のテストでは外部配線なしで推力70gオーバーの結果でしたが、飛んだかといいますと…、今回は飛びました!!!ただ、狭い部屋でのコントロールが難しいです。PS3のコントローラの感度をもう少し低く抑えた方が良いかも。あと、トリムが欲しいです。

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Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その24)

だんだん埒が明かなくなってきたので5号機(Bata版)として作成しなおした基板を使って機体全体でのモーター出力の計測をしてみることにしました。この基板は電流量を大きくするべくパターンいじってるので、計算的には流れるはずなんですが…。

今回は単純にこんなかんじで計測することにします。基板にモーター&プロペラと駆動用のFET周りのみを実装してテストします。電源は、このためだけに定電圧電源を購入しましたよ、ちくしょう…。5Aも流せる電源うちにゃあございませんでした。

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電源をモーター回路に直結 して計測(4.1V設定)

  • モーター配線を基板にハンダ付け:72g(18g/個)
  • モーター配線をJST-ZHコネクタ経由:75-76g(19g/個)

⇒なぜかハンダ付けの方が推力が低いです。接触面積とかの関係かもしくはずっと使っているモーターを使ったからなのか…。ZHコネクタ経由で接続した方が安定した結果が出そうなので、テストはコネクタを実装でいきます。(0.5g/4個)

※:電源からはAWG20、各モーターにはAWG22で配線して電流は安定化電源側の表示でだいたい4Ah程度流れています。

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Micro Quad Copter X-Typeのフライトモデルの制作(その23)

前回かなりはまっていたモーターの出力不足ですが、色々と試した結果…。まだはまっています。原因はバッテリーがモーターの必要電流を流せていないことです。 一回は、適当に配線変えて飛んだんですが原因特定すべく色々といじっていたら、飛ばなくなりました…。原因を一つ一つ潰していっている状態なのですが、原因の1つは模型用としてメジャーで皆さん使っているので深く考えないで採用したJST-PHコネクタが電流量を制限していることまでは分かっています。
モーターの単体テストで1基あたりの最大電流は瞬間的に1.2Ah近く必要なことがわかっていました。テストの際にはモーターを1基接続なのでPHコネクタの最大規格電流2Ahにかからずに問題なく電流が流せます。 しかし、機体に搭載した際にはモーターが4基あるので最大電流は約5A近くになります。そうなると、カタログ値2Aのコネクタでは容量が足りないので最大出力が出せなかったというわけでした。 わかってみれば簡単なことなんですが、全く問題無いと思っていたところだっただけに原因究明に時間がかかってしまいました。飛行機とかヘリとかやっていたら常識でしょうが…。Orz

コネクタをPHコネクタからRCYコネクタに変更してある程度までは推力も回復。しかし、RCYコネクタの最大電流も3Aとなっているので定格容量はオーバーしているんですがこれ以上大きいのは重いので今回は見送りました。安全係数に助けられているんでしょう、たぶん。

そして、テストを繰り返した結果、一番いい条件だとモーター1基辺り21gの推力を発生する事が分かりました。合計推力は84gとなって夢が広がります。カメラはいけそうですね。それでも、出来るだけ機体を軽くした方がいいのは変わらないので軽量化を頑張ります。

そして、もう一つはPCB側パターン幅の問題でモーターへの電流が確保出来ない事です。外部配線してみてうまくいく場合といかない場合があるようで、配線用量的には足りているのに飛ばないと…。らちがあかなくなってきたのでテスト用にPCBを1枚発注しました。これの結果次第で方向性を考えることにします。

■現在の機体写真

※:モーターへの電力供給を増やすために外部配線とかしまくっています。写真は340mAhのバッテリを搭載して全備重量43gです。

◆基板イメージ

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4号機/α版からの変更点は

  • バッテリ接続用のコネクタ変更(JST-RCY or EH)
  • USBコネクタを軽量なものに変更(データシートが見つからない…)
  • 基板形状とパターン変更でモーター駆動用の電流量を確保(現状最大で1A/基は確保)
  • 外部にモーター用の増設ケーブルを接続できるようにパターン修正(おそらく配線しなくても飛ぶ予定)
  • バッテリ電圧測定回路を修正(なぜか抵抗分圧してしまった回路を修正)
  • テストポイント&ジャンパ回路を削除 ・部品配置の最適化
  • 重量軽減のため基板アーム長を短縮&GND領域を削減
  • モーターマウンタ固定用の穴を1⇒2に増やす ※:基板厚は1.2mm/1.6mmの2パターンを予定

そろそろまともに飛ぶようにならんかな~。