■リレースイッチ その1

■かなり真剣に電気の勉強をすることになりそう・・(やだなぁ~)

スイッチの移設、
電子工作のスキルがない人にはちょっと難しいことが判明しますた


20111229豆スイッチ_01
▲豆スイッチの容量不足が原因

股間に移設する豆スイッチに【0.05A-48V】という刻印
どうやらスイッチの容量らしいです
デフォルトのスイッチを外し、これに付替えると、スイッチが必ず壊れるそうです

火花でプラスチックがコゲたり、融けたり、燃えたり、、、
また金属の接点が融けてなくなったり、溶着したり、固着したり、酸化して接触不良をおこしたり、


▼リレースイッチ

リレースイッチ方式を目指します
エアホーン※などに使われているスイッチ方式です
ただ、エアホーン用のリレースイッチは、麻雀牌ほどの大きさがあり、
ネットで調べた小型のリレースイッチでも、キャラメルほどの大きさがあり、やはり大きすぎ・・・

(※エアホーンは自動車のクラクションで、圧縮空気をつくるコンプレッサー駆動に大電流が必要)


▼トランジスタでリレースイッチが作れるみたい(←希望的観測)

『リレースイッチ』でいろいろググっていたところ、
上位に“トランジスタ”が度々入ってくるので、こんどは『トランジスタ』で調べたところ、
リレースイッチみたいな働きをするということが分りました
ただトランジスタが一体どういったものなのか知りません、、、


▼トランジスタの特徴(←調べて理解できたこと)

、、電気の流れている導線を切って、切った双方の導線をトランジスタの3本足の両端につなぐと、この段階で電気が流れないそうです
この状態で真ん中の足に微弱なプラス電気を流すと、両端が電気的につながるらしいんです
この微弱な電気を、豆スイッチで制御しようと思ってます


▼正しいトランジスタの知識?

『真ん中の足に微弱電流を流すと、両端がつながり大電流が流れる』と書きましたが、
正しくは、『真ん中の足に微弱なベース電流を流すと、コネクタ側から大電流が供給されベース電流が“増幅”される』だそうです
なんか意味がよくわからないのですが大容量スイッチとして機能するみたいなので試してみます


20111229豆スイッチ_02
▲今更電気の勉強

中学生レベルの電気問題しかわかりません
オームの法則は解りますが、
電源が2つある回路図とか、アースがある回路だと、もう完全に思考が停止します

アマゾンでテキスト買いました(正月休み前に届いてよかった)
正月、コタツでみかんを食べながら勉強したいと思います




■リレースイッチ その2

▼豆スイッチで主電源をコントロール

ロボゼロのコントロールボードにあるスイッチを移動します
移動先のスイッチ容量が小さい為、リレースイッチで主電源をコントロールする方法をとります

20120106リレースイッチ_02
▲考えた回路図(笑)

中学生が書いたみたいなレベルの回路図ですが、電気の知識もそのレベル・・・
コントロールボードが壊れるかもしれないので良い子はけっしてマネをしないように

豆スイッチを流れる電流を0.05A以下に抑えるために、抵抗(R)をつける必要があります
ロボゼロバッテリーの電圧が7.4Vなので、7.4V以上の電圧がかかることは考えられません

仮に7.4Vの電圧がかかるとしても、
オームの法則から・・・ E=R*I ⇔  7.4(V)=R(Ω)*0.05(A) となるので

148Ωの抵抗(R)をつければ、0.05A以上の電流が流れることはないので、豆スイッチは壊れません



20120106リレースイッチ_03
▲電圧とかはかるやつ

大昔にハードオフというリサイクルショップで200円で買ったもの
まさか使う日が来ようとはw 今、永い眠りから目覚めました
使い方は良くわかりませんw


20120106リレースイッチ_04
▲コードが無いので・・・

だから安かったのか・・・今、理由が判りました
クリップはホームセンターで調達
ケーブルは、廃材でなんとかしました


トランジスタ買いに秋葉原いってきま~す


■リレースイッチ その3

▼デフォルトのままコントロールボードのスイッチを移設

問題です....

Q.コントロールボードを改造することなく、スイッチの移動が“可能”です
  さて、実際に移動させるにはどういう方法をとればいい?








A.スイッチを常に“ON”にしておけばいい



わかりました?
この発想に至るまで1ヶ月以上もかかりましたw
頭のいい人は直ぐに判るのでしょうが、自分の場合1ヶ月もかかって・・・でも気づいて凄くうれしいwというか晴れ晴れした気分です


▼ 【スイッチを常に“ON”にしておく】 = 【それはスイッチではなくただの導線と同じ】

呆れるほどシンプルで、、ばかばかしいくらい簡単な方法でした・・・
コントロールボードのスイッチを常に“ON”側に固定し、【バッテリー】⇔【コントロールボード】間の“ケーブル”に(別の)新しいスイッチとリレースイッチを作ればいいだけのことでしたw

これなら、コントロールボードに手を加えることは無いので、
コントロールボードを破壊してしまうようなリスクは回避できます



20120126リレースイッチ_03
▲回路図 Ver.2 『電源供給ボード』

『電源供給ボード』として、基板を作成します
ついでにコントロールボード以外にも電源が供給できるように、メス型のDCコネクタを複数搭載します
例えば、CCDカメラの電源とか、レーザーガンやコイルガンの電源供給とかができるワケですハイ!

回路図中の『カットオフ基板』は、以前JO-ZEROジャンクを購入した時に一緒に入っていたもの、、、なんか便利そうな回路なので、一緒に組んでしまいます

(ちなみにロボゼロ専用バッテリーしか使わない場合は、カットオフ基板を抜いて上下のケーブルを“直結”でOKです)



▼“カットオフ基板”とは

・・・その前に、、
バッテリーは、工場で一定の精度で量産されてはいますが、当然個々に容量のバラつきがあったりして、
同様に使っても空(カラ)になるタイミングは微妙にずズレたりするわけです

・・・実は、
ロボゼロのバッテリーは、3.7Vのリチウムイオン電池が2つ直列でつながって7.4Vを出してます
この時、先に空(カラ)になった電池は、余力のある電池から“逆向きに充電”されちゃうわけですね?
こういったケースでは乾電池内では好ましくない化学変化が起きて、マンガン電池は“液漏れ”、アルカリ電池は“転極”、リチウムイオン電池は“異常過熱”が起きます
特にリチウムイオン電池の過熱は、電池そのものに使われている“引火性の素材”を蒸発させる程すさまじく、
電気機器への『延焼』→『全損』はまぬがれません
こういった理由で、電池残量がゼロになる前に電源をオートでカットする仕組みが必要になるわけです
これが“カットオフ回路”です

ロボゼロの標準バッテリーにはこの回路が装備されています(←だから高価)
一方、そういった回路が内蔵されていないラジコンなどの汎用バッテリーを使う場合は、こういったカットオフの回路が別に必要となるわけです、、

サーボノイドあいたんに“カットオフ回路”を内蔵するメリットは、安いリチウムイオン電池が使用できることくらいですが、、
備えあれば憂いナシ・・・ロボゼロ完成までまだまだ時間がありそうなので、まったり改造を進めていきます


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■リレースイッチ その4

▼トランジスタ

トランジスタは、3つの接続線が出ていて、それぞれをベース、コネクタ、エミッタといいます

・・・サーボノイドあいたんの用途に合わせて言い換えると、
ベース←豆スイッチのからの(微弱電流の)入力
コネクタ←バッテリーからの(大電流の)入力
エミッタ←ロボゼロ回路への(大電流の)出力
・・・となります

リアル現象は、

ベースに(豆スイッチのからの微弱電流の)入力を受けると、
コネクタより(バッテリーからの大電流の)入力が起こり、
エミッタから(ロボゼロ回路への大電流の)出力が行われる
・・・となります



▼増幅機能

例えばベースに音声信号を入力すると、その強弱に合わせてコネクタより(リアルタイムに変動する)大電流が流れ込むので、
結果的にベースに流れ込んだ音声が増幅されたようなカンジになります

これをトランジスタの『増幅』機能といいます
そして増幅された比を『増幅率』といいます

トランジスタには、必ずこの増幅率が存在し、それはトランジスタの規格によって異なります


▼増幅率が100以上のトランジスタ

ロボゼロは、780mAhのバッテリを20分(1/3時間)で使い切るので、平均2.34A(780mAの3倍)が流れていると思われますが、、
この消費を“クルマとガソリン”に見立てると、アイドリング時の消費は平均値よりずっと小さく、フルスロットや加速時の消費はもっと大きくなります
なので、ロボゼロの供給が2.34Aしかないと(ハードな運動時に)電力不足でコンピュータがダウンする可能性があると思われます

なので、十分な余力を考え(2倍の)“5A”くらいを確保する必要があると思われます←計算もしやすいので

豆スイッチの容量が0.05Aですから、つまり増幅率が100以上のトランジスタが必要になります


(電気回路についていろいろ判ってきました・・・)


▼電気勉強中

以前買った本ですが、30%くらいは理解できるようになりました




20120130豆スイッチ_01
▲トランジスタ知識の補完

以前買った本のすこし上の本です
あらたに購入しました

以前買った本に書いてありましたが、“電気回路”と“電子回路”は同じだそうですが、
私が読んだ限りでは“電気回路”と“電子回路”のニュアンスが微妙に違います

電気回路では、電気を“電流”と“電圧”でとらえ、オームの法則が支配する回路
電子回路では、電気を“ON/OFF”と“周波数”でとらえて、論理が支配する回路??

前者は、LEDをつけたり、ACアダプタをつけたりする改造で、
後者は、サーボやセンサーを制御する改造で必須な知識みたいに見て取れました

電気にこんな側面があったなんて、この歳になって初めて知りました
まぁリレースイッチに関連しそうなところだけざっと読んだだけですが、かなり難しく、ほとんど理解できませんw
頭が固くてなかなか理解できそうもないですが、まったりやっていきます



【私より更に初心者へのアドバイス?】

【公式を覚えている】 = 【オームの法則を理解している】 ではないので、
公式だけを暗記した人には途中“越えられない壁”が出現します(出現しました)

なんとか越えましたが(←アタマの固い自分は20日もかかった)かなり難航しました、、
よく掲示板で、質問しても「勉強しろ!」と冷たく返えす人がいますが、
これ、“冷たい”ンじゃなくて“理解に寄与するやりとりは物理的に困難”なんだということが判りましたw

自信のない人は、あの手この手で教科書を入手して完璧に習得し直さないとキビシイ改造になります、、、


▼スピーカーの取付

▼サーボモーターのケースの加工

以前、サーボを分解したとき、ケース内に(わずかですが)空きスペースを確認していました
今回、サーボモータのケーブルの取出口をよそに移動してみます


20120426スピーカ_01
▲いままでサーボモーターとフェイスのクリアランスが狭く、スピーカーが取付けられていませんでした

フェイスを削るのがやばいので、サーボケースの方を削ってみます



20120426スピーカ_02
▲画鋲でレバーを持ち上げ、ケーブルをコネクタから引き抜く

苦戦しましたが、コツをつかめばカンタンです



20120426スピーカ_03
▲受け軸を削り取って、ケーブルを側面から出す

ルーターで削ります


20120426スピーカ_04
▲スピーカーがフェイス裏に収まりました

他にたくさんスペースはあるのですが、
音を出すならこの場所(口のあたり)しかないということで、わざわざ手間をかけます

音をスムーズに出すためにフェイスに穴を空けるなんて無粋なことはしません
スピーカーの振動を受けて、フェイスが音源になる仕様です(・・・別に大音量を必要としているわけではないので)

■リレースイッチ その5

▼スイッチ(とシリアルポート)の移動

サーボノイドあいたんのコントロールボードはヘッド内蔵なため、
直接コントロールボードのON/OFFができません
なので、スイッチの場所を移動してあります

で、どこに移動したかというと・・・

↓こちらになります (まぁ・・・なんていやらしい)
20120329ROBOXERO_53.jpg手前の小さなマメみたいのがスイッチ(で、奥の穴はシリアルポート)です
▲詳しいことは【魔界】のカテゴリを、


リレースイッチの回路図は、もうずいぶん前に(平成24年1月26日には)出来ていて、パーツも秋葉原で購入し終えていました
・・・ただ、自作のリレー回路が実際に動作するかのテストは、いろいろな事情からやっていませんでした

①いきなりのハンダ付けが不安(電子パーツをつかった回路製作は初めて)
②仮設した後、何度も基板を小さくするなどの作り直しが面倒い
③失敗した時のやり直しでのパーツの熱劣化が心配・・・などなど



▼実はアキバの買い物で、ちょっと気になっていたモノ・・・

実は秋葉原であいたんの電気パーツを買っていたとき気になっていたモノがありました

①なぜかLEDのピカピカ点滅させている(LEDの種類や数は店によって違う)
②LEDの刺さっている“土台”が何やら共通規格の穴凹の空いたへんなプレートであること
③全てのパーツ店で同じようなデモをやっている

場所は必ず“レジの上”
で、ピカピカやってるんですよね・・・なんだろう?って思いますよね?


・・・・で、自宅で、
どうやってリレー回路を試作しようかなぁ・・・と部品をいじくってた時に、あっ・・・



瞬間っ 稲妻はしる!  カイジのナレーション風

まるで天啓ーっ!!  カイジのナレーション風


その“ヘンなプレート”が自作回路を作る為の装置であることに気づきました



20120529リレースイッチ_00
▲再び秋葉原に行って買ってきた (←というか製品名を知らないので行くしかなかった)

台紙に印刷された文字からブレッドボードという製品であることが分りました


だがしかし! カイジのナレーション風


存在しない・・・取説がァ! カイジのナレーション風


これは扱えないヤツは氏ねという理工系からのメッセージ!! カイジのナレーション風


・・・驚いたことに台紙裏面に図解説の印刷もありません
というか、印刷してある文字は、写真に写っているアルファベットと数字が全てw

バルク商品とか、パーツのバラ売りなら分りますが、パッケージ売りでこんな不親切な製品は初めてですw
理工系恐るべし、、、想像を絶します



20120529リレースイッチ_02
▲とりあえず使ってみた

だめですね・・・
これで回路は完成しているはずなのですが、リレー回路が機能しません


20120529リレースイッチ_01
▲リレー回路

回路図は、以前考えたものからカットオフ基盤(←リポバッテリーの安全装置)を外して、外寸を小さくしてます
(カットオフ基板の使い道はあとで考えます)


20120529リレースイッチ_03
▲使い方が分った

使い方を間違っていました
(縦に置いた状態で)横方向の穴が中で連結しています(E⇔E間では連結がカットされてます)
向きを変えて作り直してみた

いや~ブレッドボードよく出来ています
正しく使うとこんなにスッキリ!分りやすいです!

豆スイッチ相当の赤いジャンプピン?を抜くと、
コレクタ電源がカットされてコントロールボード(+)への電気供給が遮断されます


■リレースイッチ その6

▼ユニバーサル基板に、“トランジスタ”と“抵抗”あと電源の”ピンソケット”をハンダ付け

トランジスタは、ダーリントン・トランジスタ( 2SD1415A 120V 7A hFE:2000~15000) というものを使います
外観は“トランジスタ”ですが、中にトランジスタが複数個入っていて、増幅率がハンパ無くデカくなります
120V 7Aまで耐えられるので、ロボゼロではまず大丈夫と判断しました

豆スイッチに流入する電流を抑えるための抵抗は、抵抗値200Ωのものを使います
コレによって豆スイッチに流入する電流は 0.037A(→計算式7.4V/200Ω)になり、豆スイッチの容量0.05Aを下回り、スイッチが死ぬことはありません

トランジスタの増幅率は2000~15000倍※、、
豆スイッチからベース(トランジスタの3つの電極のひとつ)に流れ込む電流は0.037Aなので、
エミッタ(トランジスタの3つの電極のひとつ)から出力される電流は74A~555Aとなります
ですが、実際に74A~555Aは流れません(供給される電流以上は決してながれない)
まぁこれが“スイッチON”の状態になるわけです

・・・あ、あってますよね(ドキドキ)??
あっていると思いますが、経験がないので上手くいくかはちょっと不安

※増幅率の上限と下限の幅が1000倍ちかくの開きがありますが、これはトランジスタが熱によって抵抗に変化がでるためでしょうがありません・・・こういうものなのです


20120530リレースイッチ_04
▲汚いなぁ~(作業時間は30分くらい・・・作業自体はかんたん)

5連のピンソケットを作りました
ここから7.4Vの電源をとることができます(スイッチ連動)



20120530リレースイッチ_05
▲サーボ横が空いていたので、サーボに固定しました


20120530リレースイッチ_06
▲続いて外部電源ポートに接続

大電流が流れるのでケーブルは太め、、、スピーカーコードが余っていたのでそれを流用してます
サーボノイドあいたんは、おしりからエネルギーを注入されます♪


20120530リレースイッチ_07
▲豆スイッチに接続

ここはただON/OFFを切り替えるだけなので、極性は関係ないです
ハンダで止めます


▼通電テスト━━━━Σ(゚∀゚ノ)ノ━━━━!!


*・゜゚・*:.。..。.:*・゜(゚∀゚)゚・*:.。. .。.:*・゜゚・*

▼ハンダが外れた→修理

▼首をゲシゲシやってたら外れました、、

20130301首のスイング_03
▲導線が切れた模様・・・

金属疲労による断線かと思います


20130301首のスイング_04
▲結束バンドでケーブルを束ねる

こうすることで、結束バンドの位置を頂点とする“三角形”が複数できます
全ての“三角形”は微妙に同一平面上にないので3次元の“梁(はり)”のような感じになって、ケーブルがおっ立つ感じになりました


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