CNCの自作とCNCで作る工作

ステッピングモーターついて

今回は、少し小さい日本電産製のKH39FM2-022（未使用中古品）をオリジナルマインド社から購入したものです。 このステッピングモーターはステップ角1.8°巻き線抵抗15Ωの2相ユニポーラ型ですが、コイルの両端を使いバイポーラ接続として 使いました。小さいですが先のB-ROBOT 1号機・2号機と同様にキビキビと動き回ります。

モーターシャフトは長いので先端を10mmカットして使います。 大きさの比較　左：KH39FM2-022（コネクターが無いので配線を直付けしました。　右：2号機に使ったKH42HM2-801

マザーボードのDXFファイル(ZIP)は「こちらからダウンロード出来ます」 マザーボードの配線図（バッテリー電圧監視用VR20Kはオプションとして取り付けてません） 以下にマザーボードの製作及び各モジュールと部品の組み付け手順を示します。
マザーボードの切削パターン図 （CAMソフトCut2Dのデザイン機能を使って作成）	CNCを使ってPCBのパターンを切削 切削用Vビットは2mmエンドミルの折れたものを 再研磨して作ったので仕上がりは今一です。
１）部品面のジャンパー線と抵抗の取り付け	２）コンデンサー類の取り付け
３）基板ソケットとプラグの取り付け	４）基板ハンダ面に５本のジャンパー線を取り付け
５）完成したマザーボードに収めた制御部（基板サイズ69×49.5mm）

WiFiモジュールについて

国内で使える技適証明が付いたESP-WROOM-02を使います。しかし、WROOM-02は1.5mmピッチなので2.54mmピッチに 変換する必要があります。専用の変換基板が市販されていますがサイズが大きいので、ここでは片面生基板にCNCで パターンを切削して作りました。 左：変換基板の切削パターン図、中央：パターンを切削した片面基板、右：変換基板にESP-WROOM-02をハンダ付け完成品

変換基板のDXFファイル(ZIP)は「こちらからダウンロード出来ます」

ジャイロセンサーについて

ジャイロセンサーMPU-6050をソケットを介して基板に取り付けますが、取り付け穴を利用して基板に水平に固定します。

ステッピングモータードライバーについて

ステッピングモーターは普通のモーターのように電圧を加えるだけでは回転しません。そこで活躍するのがモータードライバーの A4988です。　このドライバーの特徴はマイクロステップの設定がフルスッテップから1/16ステップまで選択出来ることです。 モーターのステップ角が1.8°なのでフルステップでは1回転に200ステップ、1/16ステップでは16倍の3200ステップ必要ですが、 分解能が16倍となり、きめ細かな制御が可能となり、モーターの消費電流も抑えられます。 ドライバーのICチップには放熱用のアルミ製の放熱器が付属しますが、B-ROBOTの回路では放熱器が無くても温度が上がら ないので取り付けてません。　ドライバーのモーター電源入力の入口に35V100μFのアルミ電解コンデンサーを取り付けます。 　モータードライバーの電流調整：購入時の状態では電源電圧7.5Vにて1A近く流れるので基板上のVRにて調整します。 調整方法：組み上がり、倒立が完成すればバッテリーとシールド基板の電源端子間に電流計を接続し、片方のモーター端子を 外して倒立を行い、この時に流れる電流を250mAに調整します。もう片方も同様に調整しますが、左右の電流値を揃えます。 次に両方のモーターを接続した状態で測定すると約450mA程度に収まると思います。元の状態より電流が半減し、モーターの 温度も殆ど上がらず、倒立動作やスピードにも影響しませんでした。

アクリルフレームとホイールの製作 　今回も友人から頂いた5mm厚のアクリル板をCNCで加工したもので、下の参考画像はCAD図面のコピーです。 フレームのDXFファイル（ZIP)は「こちらからダウンロード出来ます」 切削が終わったフレームとホイール CNC加工以外に次の加工が必要です。

ホイールも同じアクリル板をCNCで加工して作り、外周にはタイヤのＯリング入る溝を加工しますが、 旋盤が無いのでボール盤を旋盤代わりに使い、丸ヤスリをバイト代わりにを使って溝を掘りました。 ホイールのDXFファイル（ZIP)は「こちらからダウンロード出来ます」

出来上がったフレームとホイール。

フレームにモーターと制御基板を取り付けた状態。

完成したB-ROBOT miniです。