カテゴリー : 電子工作
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。
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）
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。
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。
⇒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。
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。
※：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。
4号機/α版からの変更点は
そろそろまともに飛ぶようにならんかな~。
どうにも納得がいかないので、推力テスト用の治具を作って再度推力を測定してみました。結果、搭載バッテリーを使って1基で18gとなりました。4基合計推力が72gとなると飛ぶはずなんですがどうして飛ばないの？？基板側で何らかの電流量制限に当たっている線が濃厚になってきました。
最近、クアッド関係の更新がなかなかできなかったのは原因がわからない迷宮にちょっとハマり込んでいたからです。
かなり悩みましたがだいたい原因がわかってきたのです。
■4号機写真
4号機は全部入りでα版を兼ねるべくして作成していたのですが、写真のようにすべて搭載すると飛ばない…。それはもう、床を這うようにしか飛ばない。 単純に考えて推力不足なのですが、モーター＆ローター単体で20g以上のテストデータがあるので機体側の問題だと考えて色々と修正したりテストしていました。
基板パターンに関しては4層基板の内層は17umということを忘れてパターン引いてしまったので一部当てはまるのですが、それ以外はテストも問題なし。 最後の最後で、機体搭載時条件（バッテリ駆動）での推力を測ったらローター1基あたり12-13gの推力でしたと…。記録を読んだらテストした時には単体で定電圧電源から5V入力していました。非接触回転計まで買ってテストしましたよ…。
先月末に発注していました4号機の基板が到着して実装＆テストしました。ここまで来るのに1年かかるとは全く考えていませんでしたが、ようやくすべての回路を載せた機体が完成しました。
ここからの予定ですが、冗長になっている部品の削除＆確認と不要と思われる部分の削除＆確認をして配布用のβ機の設計をします。（追加したバッテリ電圧確認用の回路、なんでこんな面倒なことをしたのかが不明。シンプルに変更予定）機体重量に関してですが、部品の軽量化で-3gの全備重量38gを予定しています。（テスト配布用機体は最大5機用意する予定）
MultiWiiの設定に手こずっていますが来週中ぐらいで何とかしたと思っています。
飛んでるところは誰かの手を借りないと無理なのでもう少しお待ちください。
PCB_Frame = 10.4-10.5g(7.8g)
BluetoothDongle ＝1.7-1.8g
USB(TypeA)Connect = 2.0-2.1g
上記実装済み重量=>14.2g
Motor + propeller = 15.4g(3.8-3.9g x4)
Mounter = 2.8g(0.7g x4)
Lipo Battery = 9.5g(400mAh)
Total = 41.9g
超小型の国産クアッドコプターを電波法の柵を回避して自作するべく作っているMQCXですが、4号機（α機）の基板は先週に発注しました。今回も懲りずにFusion PCBに注文、またどっか行ったりしなければ来週中には届くはずです。現状ですが、とりあえず3号機は飛ぶ状態にはなったのですが、モーターマウンタとかローターガードとかがほしい状態。ローター何枚か割ってしまいました…。
そんな前置きで、今回もOpenSCADでローターガード付きのマウンタとかローターガードとか色々と設計してみました。
■ローターガード一体型のモーターマウンタ
■ローターガード単体でスナップオンタイプ
ローターガード一体型のマウンタはFDM機では出力できないですね。まあ、理想で作りました。スナップオンタイプのローターガードは出力できる形状を目指して頑張ってみました。
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まずは、ついに（ようやく）3号機が初飛行に成功しました。そして、実装＆飛行して回路側に修正が必要な部分と部品配置に問題がある部分が分かったのでPCBを修正しました。本来であれば、コード修正を先に行うべきなのですがPCBは注文してから手元に届くまでに2週間程度が必要なので手順を逆にしています。注文してからゆっくりコードいじったりモーターマウンタの再設計をしたいです。実際は、パターンカットとか色々やりながら3-2号機を完成させるよりも4号機を設計しなおした方が早いとの判断でした。途中経過の3号機を複数作っても部品代の無駄ですし。
さてさて、予定では4号機を作ってからα版（人柱版）を作る予定だったのです。
ですが、基板を修正してみたところ大きな修正箇所はなさそうな気配なので4号機＝α版として作っていこうと思います。
そうは言ったものの、結局のところ結構修正しました…。
・MAX3421Eリセット回路修正
・コンデンサ位置修正（USB-Aコネクタと干渉のため）
・間違ってLED配線を貫いたVia位置修正
・MPU-6150/MAG3110のI2C配線修正
・FCU/MPU近くにコンデンサを追加
・バッテリ電圧測定用の回路を追加（ノーコン対策）
・MAG3110の向き修正（電源ライン取り回しのため）
・USB電源ライン用ジャンパ追加（FCU）
・電源パターンを再度見直し
最後の最後までMAX3421Eに苦しめられている感じです。毎回の回路修正がデフォルトですがこれで終わって欲しい…。
ついに、製作を始めてから1年かかって初飛行に成功しました。動画撮りたかったのだけど一人じゃ無理でした。初飛行時の重量は約41g、目標の40グラムをちょっと出てしまいました…。バッテリの電流量の絡みで最後の最後でバッテリを1つ大きいのに変えたのが重量増の原因…。Bluetooth用のType-Aコネクタを軽い物に変えれば1g軽くなるのは分かっているのですが変更は悩み中。データシートがない怪しい部品なんです。
■初飛行後の機体とPS3コントローラー
★現在の仕様
MPU/FCU：Atmega128P/32u4(Arduino)
USB-Control：MAX3421E
LED-Control：TLC5940(RGB-LEDx4/LEDx4)
プロペラ直径：55mm
プロペラ間距離：85mm(最小)/120mm(対角)
機体重量：41g
そろそろ、作り始めてから1年ぐらいが経過してしまっています。それでもなかなか思ったようにいっていないのですが、3号機の単体テストが終わりそうです。あとはモーター積んで飛ぶか飛ばないかといったところです。ファームの書き込みがうまくいったりいかなかったりでチョット原因不明気味なところがあるのですがとりあえずの形には出来そうです。
