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2006年11月27日 (月)

原因究明 --- 電源説

今年のマイクロマウス大会出走でリタイヤしてしまった原因を調査していきたいと思います。

リタイヤに結びつく直接の現象は、「直進距離のずれ、姿勢制御のずれ、旋回角度のずれ」でした。これらのずれは、走行中にモータがガクガクいうときに顕著に発生し、モータのガクガクは速度の変化があるときに発生しています。モータのガクガクは常に発生しているわけではなく、バッテリの電圧が下がってくるほど頻発するようです。

この「ずれ」が発生する理由として(1)ソフトウェア的な制御の遅れ (2)バッテリの電流不足が考えられます。

(1)については、ステッピングモータを駆動するためのパルスをH8のITUで作っているため、GRAの値を書き換えるタイミングによってはパルス発生のタイミングがずれることもあるのかな?という程度の推測です。デジタルオシロ(ストレージスコープ)があればこれを確認できるのですが、アナログオシロしかもっていない状況ではどうやって確認してよいのか分かりません。

(2)については、ステッピングモータがどれだけの電流を使っているのか考えずに回路を組んでしまったため、やや怪しいところです。現在の設定では SLA7052Mというドライバで1-2相励磁を使用しており、ドライバICの仕様書を読んでみたところ 3A程度の電流を流せるようです。これを確認するためにバッテリの変わりに安定化電源をマウスにつなぎ、モータを駆動したときに電流がどのように変わるか観察してみました。

観察の結果、電源電圧15Vのとき一定速度でモータを回して1.2A以上の電流が、20Vのとき0.9A以上の電流が流れていることが分かりました。(安定化電源の電流が最大1.2Aまでしか出せなかった) 今回使用したニッケル水素電池の容量は 700mAhですから、2C放電ができたとしても1.6A。モータ始動時はもっと大きな電流を必要とするので、あっというまに空っぽになってしまうことがわかります。電圧15Vで電流を最大0.8Aに制限すると確実にモータがガクガク言います。

このことから、単4電池を10本組み合わせて作った 12V 700mAh の電池では電流が足りなかったために脱調が発生したことが距離、姿勢制御のずれを引きおこした主要因であると結論付けました。(プログラムのことは棚に上げたまま。)

対策です。(a) モータドライバ側で電流を制限する (b) バッテリの容量を増やす (c)バッテリの電圧を上げる という手が取れそうです。しかし、(a)はSLA7052Mには電流制限機能がないため実現できません。(SLA7033Mなどには電流制限があった) (b)は秋月電子などでここら購入すれば対応できそうです。 (c)は電圧を上げるとステッピングモータに入る信号のパルスが鋭くなるためトルクを稼ぐことができ、結果として電流が減ると言う理屈です。しかし、私が持っている充電器が最大10セルまでしか対応していないので、(昇圧回路でも使わない限り)この方法は採用できません。 (a)を実施するためにモータドライバICを変えようとするとメイン基板を全部帰ることになるので、これも却下。結局、単3で組電池を作り直すことになりそうです。

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