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電子工作やってみたよ

倒立振り子を回路シュミレータで動かすため、まず機械要素、物理要素の部分的なところを個別に回路に置き換えて行き、最後に全体をまとめるようにして見たいと思います。
まず、ソフトが移動の指示を出してからモーターが回転し振り子が床の上を動くまでの時間的、機械的なロス、バックラッシュを回路に置き換えるところをやって見ます。
回転方向がいつも同一方向に動いているだけなら関係ないですが、倒れないように、いつも前進後進を繰り返すときこのバックラッシュは、制御の安定性に大きく関係するはずです。 この前製作したビュートバランサー2のマニュアルをよく見直したら、床に接する車輪の軸の前後方向への遊びが0.5mm以下になるようにすると書かれていました。
ここを見落として3mmぐらいのガタのまま動作させたので不安定だったのですね。
最初バックラッシュの動作を理解していなかったのでとんちんかんなことをやっていたのですが、
1、入力と出力の動作はある位置的な遅れをもって平行に動作する。
2、動作が折り返すところでは、入力が出力を逆方向にリードするまで、出力は停止する。
この条件を満たす回路として下記のになりました。
ツェナーで遅れ分の電圧を出しています。この電圧を変えれば自由に設定できます。

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by telmic-gunma | 2015-06-22 14:28 | 電子工作_セグウェイのおもちゃ | Trackback(9) | Comments(4)

倒立振子制御 その2


逆さ振り子の制御を回路シュミレータで表現してみようと思います。
基本の物理を勉強すべく、高校時代の物理の教科書探してきましたが、もう何も覚えていません。
教科書を見ると 赤鉛筆でアンダーラインや書き込みなど、それなりに努力はしていたのかな?という感じです。
力学の項目のところを見ると、ベクトル、重力。位置エネルギー、単振り子など出てきました。
肝心の逆さ振り子、あるいは倒立振り子は出てきませんでした。
数学での表現もよくわからないので、私の感覚で感じたことを、回路で表現しました。
この図は逆さ振り子のところだけを描いたものです。
支点に加えられるモーターの力を加速度として左端から入力します。
それを積分して速度に変換します。
ここで作られた速度をもう一度積分すると移動距離となります。
逆さ振り子では、この移動距離は、角度又は傾きと言えるしょう。
図1は入力が+1V一定、図2はー1V一定の違いだけです。
オシロ画面では、ピンク加速度を積分した移動速度、黄色はさらに移動速度を積分した移動距離(または角度、傾き)です。
黄色が最後10Vでクリップされ一定になっているのはOPアンプの動作範囲が10Vまでしかないためです。
時定数を各々1秒としたのは糸の長さ20cmの単振り子の振動周波数がこの位なので、逆さまにした逆さ振り子も同じ程度で行くのでないかというまったくのあてずっぽうです。 オシロ画面よりすこしプラス入力ならばプラスに振り切れ、すこしマイナスならばマイナスに振り切れているので、実物の動作を表現しているのではないかと思っています。
この画面からわかることは、スタート直後のゼロ近傍では移動速度はとても遅く、正常に制御されているときは、このあたりを使うわけですから、意外と思っているより制御は楽なんじゃないかと思えてきました。

              図1
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図2
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by telmic-gunma | 2015-06-21 16:24 | 電子工作_セグウェイのおもちゃ | Trackback | Comments(0)

倒立振子制御 その1

テレビのおもちゃショーでセグウェイみたいに二輪で自立して動くおもちゃの紹介をしてました。
ほんと、可愛い人形がペットボトルなど乗せてきれいに自立して動いていました。
そういえば昔ファジー制御が流行ったころ(家電もやたらファジーと言っていた)オムロンが倒立振り子を制御するファジー制御LSIを作ったなんて広告出てましたね。

これ制御するのおもしろそうなので、作ってみたいと思い、久しぶりに秋葉原に行ってみました。
相変わらず、可愛い女の子がたくさん並んでビラを配っていますね。 一度お店に入ってみたいと思いつつ、まだ実現していません。

倒立振り子の車輪を動かすのは直流モーターかパルスモーターのどちらがいいのか?悩みますね。
単に自立するだけなら直流モータが簡単でいいのでしょうけれど、方向や距離を認識するためにはパルスモーターでないと、難しいはずだなんて考えていました。
以前はやったマイクロマウスの部品など使えるだろうと思って秋葉原のお店まわったけれど、なかなか見つけられなかったのですが、ガード下の以前ラジオストアのあった所に秋葉原の組合の紹介所みたいなところが出来て、そこで売っていそうなところ5軒ほど教えてくれました。
その中の一つ、ウィストンロボットセンターに行ったら私が作ろうとしていたその物のキット売ってました。
「倒立振子制御学習教材 ビュートバランサー2」
これはDCモータを使っていましたね。 帰ってからネットみたら詳しくのってました。なぜ事前にネットを見たとき気づけなかったのかしら。
本来なら全部自分で考え、自分で個別部品を集めて、試行錯誤を繰り返しながら作り上げるところが楽しいのだけれど、目の前に完成品があるというのは、嬉しいような悲しいような?、これをリモコンするコントローラもあるということで一緒に買ってしまいました。
これは ほとんど完成品で組み立てて電池入れたらすぐ動きました。
楽しむなんてとこ無かったな。
これのソフトや資料が公開されているそうなので、これから調べてみます。
また これの物理的な動作を回路シュミレータで表現して見たいですね。

完成して動作しているところです。 You Tubeに出せたらいいな。勉強してみよっと。
車輪のところ、前後のメカ的なガタが3mmくらいあるためにか、
制御しているとき前後10mmくらいふらついています。
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キットの全部品です。
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CPUはLPC1343Fを使っています。
ARM 32ビット 72MHz
おもちゃにこんなのが使われる時代なんて、すごいですねc0335218_10120846.jpg

















モーター軸から直接、摩擦でゴム車輪を回す構造。
ゴム車輪の上下のガタはモーター軸に接触するため必要だけど、
前後方向にガタがあるためバックラッシュとなってしまいます。
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モーターのエンコーダー用のプロペラ  1回転が6枚
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エンコーダー用のフォトセンサーの付いた基板裏側(中央下側)
モーター1つにセンサー2個付いているので回転方向も検出できる
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以上



by telmic-gunma | 2015-06-09 12:50 | 電子工作_セグウェイのおもちゃ | Trackback | Comments(6)