回転型バーサライタの制作

Last-modified: 2014-04-20 (日) 15:02:26

検討課題

どうすれば自作できるか検討する。検討項目は

  • 機構設計
  • 回路設計
  • ソフトウェア設計
    一番大変なのは機構設計。

機構設計

回転型の場合、回転部分を軽く小さくしたい。電源やモータを安価なものにしたいから。その意味ではパトライト型より扇風機型のほうが回転部分は小さそう。と最初は思った。

表示部だけ回転させて制御部は回転させない場合、制御部から表示部への信号・パワーの伝達方法が問題となる。
まじめに考えるとスリップリングが必要となるが、高い！現実的ではない。

また、スリップリングでは信号はノイジーだし、電力はロスが多い。

結論として、表示部だけでなく制御部、電源部も回転させるしかない。

クラウンギア

モータを普通に固定しようとすると、モータシャフトは水平になる。パトライト型の回転軸は垂直なので、ギヤを用いて減速しつつ、軸を９０度変換しなければならない。クラウンギアを使えばできそう。
タミヤ　か　レインボープロダクツ。

使用予定のモータの直径は25mm - 30mm.クラウンギアの直径は　13.3mm or 19.3mm. モータのほうが大きいため、直角に組み合わせる平ギアを固定しているアルミバーがモータにぶつかってしまいそう。平ギアとアルミバーを5mm-10mm 離す必要がある。

平ギア

  • 平ギヤ(MOD0.5)
    イモネジ付きのものならば、シャフトに対してしっかり固定できる。その上、アルミボスの高さがあるため、モータと回転枠がぶつかることはない。
(a) シャフトは静止、枠だけ回転
(b)シャフトと枠を固定、シャフトごと回転

平ギヤをシャフトに固定するのが難しいと思っていたため、(b)は無理だとおもっていたが、イモネジ付き平ギヤを使うことにより、(b)も可能になった。

(a) だと枠に平ギヤを固定する必要がある。プラスチックの平ギヤに穴を開けてネジ止めすることになりそう。

ハードウェア構成

土台となるベースユニットと回転する回転ユニットの２つから構成される。

機構部品

rotation_unit_123d.png
アルミチャンネル_TOP.png
アルミチャンネル_BOTTOM.png
アルミプレート.png

ベースユニット

試作品は安く仕上げるため、

量産する場合は、アルミかプラスチックケースがよいかもしれない。
プラスチックケース

  • SW-100　100 x 65 x 35
  • TW7-4-11G 105 x 70 x 35
  • TW-9-4-17G　85.5 x 35.5 x 170
    RE-280 + 固定金具で高さ35mm ぐらい必要。
    幅が100mm で収まるならば、このケースがジャストフィット。むしろ収まるようにギアを選定すべきか。
    平ギアの半径を小さくすれば、モータが収まるはず。
    →トルクアップのために RE-280 にすると、モータ長＋シャフトで 50mm 程度。平ギアが 22mm ～ 30mm 程度。

なので、幅は72mm x 2 = 144 mm 以上になる。

タカチの加工サービスに依頼する場合、CADのデータ形式は DXF/DWG。draftsightはどちらも対応している。

電子回路

ベースユニット

（土台となる部分。モータの回転速度制御をする）。
機能的に２種類考えられる。

(a) 回転速度制御のみ
(b) 回転速度制御＋LCD表示

  • CPU
  • モータ
    • モータドライヴ回路
  • ボリューム（可変抵抗）

CPU

回転速度制御のみならば、ADCとPWM と INT　があれば良いので ATtiny13A \50 を使える。

LCD表示をしようとすると、tiny13A だと端子が足りない。LCD制御には普通は７bit 必要だから。(data 4bit + control 3bit)
この場合は ATMega88/168/326 を使う。nallow DIP 28pin.

モータ

安価なマブチモータを使用する。

DCモータの駆動回路。今回の仕様では回転速度は調整のため可変にしたいが、回転方向は一定でよい。したがってHブリッジは不要。Power MOS-FET による電流増幅とスイッチングで十分。

逆起電力対策のためにショットキーバリアダイオードまたはファーストリカバリーダイオードを使う。
ノイズ対策のため、積層セラミックコンデンサを使う。

ノイズ対策のためにフォトカプラを使うべきか？高速スイッチングできるものが必要。

　ボリューム

回転ユニット

  • 表示部
  • 表示制御部
  • 漢字ROM
  • 回転センサ
    表示制御部.png

表示部

チップLED

シフトレジスタとトランジスタアレイ、ハンダ付けはDIPが楽だが、SOPぐらいが小さく軽くてよさそう。

シフトレジスタ

シフトレジスタをSPIで制御する例。

74hc595 は残念ながら秋月で売っていないが、代替品として８ビットシリアル－パラレル変換ＩＣ　ＮＪＵ３７１１ を買える。

1.27mm ピッチの 74hc595 をマルツで買える。

制御部

マイコンは　AVR ATMega328 を使う予定。

漢字ROM

売り物。tsuboi さんがスイッチサイエンスに委託販売。

自作するならば、シリアルEEPROMまたはSDカード（？）。

制御ソフトウェア