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ぜひとも中高生に。。

廃プリンタや、廃スキャナの機構部分を使ったプロッタです。

機構自体既にあるものなので、上手に使えばかなり簡単に、かなり安くモーションコントロールの基礎をまなべるのではないでしょうか?
工夫次第です。








上の動画は廃CDプレーヤーですかね。
まだ、カーナビがCDROMな自体の物を修理に出した時、小さな送りネジにてレーザーヘッドを移動させている事を知り、驚いた覚え場あります。ストロークは小さいですが、結構な精度でつくられているのでは??




ついでに、PCB作成にレジストペンを使ったプロッタ。
レジストペン、使ったことありませんが、綺麗に書けるのでしょうか?
基板切削出来ない位の華奢な3軸フレームでもこれなら可能なのでは??
感光基板を使わなくても済みそうですし。



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テーマ : 自作・改造
ジャンル : コンピュータ

FPGAを触ってみる。

Web上を徘徊していて、高速信号処理にはFPGAとゆうことが解り、さらにパラレルポートに変わる、高速なパルスジェネレーターとしてSmoothStepperMesaのなんでもIOカードに使われているのもFPGAだったので、興味を持ち、以前秋月電子で取り扱っていた(今は、無いみたい)XilinxのSpaltan6を載せているボード、Spartan®-6 FPGA LX9マイクロボードを触ってみてます。。
現在は販売元のAVNETから直接購入できるようです。



Microboard.jpg


FPGA、2大メーカーとして、XilinxとAlteraがありますが、購入時には秋月電子で扱っていたのと、練習用にI/Oの数も少なくていいやと思い、LX9マイクロボードにしました。
結構安易です。
秋月電子にはLattice Semiconductorの評価ボードも安価に有りましたが、Web上での情報が少なく、購入は見送りました。。


さてさて、プログラマブルな物は苦手なのに、プログラマブルなものを購入してしまったわけですが、購入後しばらく放置^^;

開発言語もVHDLとVerilog、その他回路図でもプログラムが組めるようで、その手の解説本も多数出版されてます。
が、さっぱり何もわからない私が読んだ所でさっぱりです。

取り敢えず本屋さんでインターフェースZERO Hello Worldから始めるFPGA入門を見つけました。

本の解説により、開発環境の使い方、具体的なFPGAへの書き込み、なんとか出来るように。。
極々単純な回路程度だったら、かなり拍子抜けするくらい簡単でした。

FPGAを触るには一番簡単な本なのでは??
簡単ですが、きちんと意味まで書いてあるので多少高い本の値段は納得です。。


また、ハードウエアがなくてもXilinx、Altera双方共シミュレーターを公開していて、FPGAのプログラミング、開発が出来るとゆうのには驚きました。。

作りたい回路をシミュレーターにて作ってみて、それから必要なハードウエアを購入or作成するってゆうことも出来るようです。。

以前の記事パルスの立ち上がりエッジを検出してみる。とか、ロジックICがいくつも必要な、実際手配線をすると面倒なので、このようなボードにて作ることができればなぁ、と思い、FPGA入門 回路図とHDLによるディジタル回路設計を読み進めてます。。







AS5048磁気ロータリーエンコーダーICを使ってみる。とゆう記事内でのArduinoをつかったSPI通信、液晶に結果を出力ってのをやってみて、ほんの少し、Arduino言語がさわりくらいわかったような気がします。L6470を触ってた時は只々コマンドの送信だけで、プログラムらしきものでもなかったような。。。

多分、私のしたい事なんて、マイコンやFPGAの機能の極々一部しか使わないであろうと思いますが、使えるようにならないとお話にならないので、、必死こいてこの機会に覚えておかないと。。


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A4988を使ってみる。

PololuA4988 Stepper Motor Driver Carrier with Voltage Regulatorsを使い秋月電子の17PM-K044-AKZの内部配線をバイポーラパラレル接続に変更したモーターを回してみました。
ステッピングモータードライバA4988(電源レギュレータ付)スイッチサイエンスさんでも販売されています。


1/4マイクロステップにて駆動させてます。
電源は24V。



最高回転数は動画の最後のLinuxCNCのStepConfigWizardの設定値から計算してください。。

最高回転時のトルクは全くありません。
触るだけで止まります。

Reprapでの使用が多いA4988ですが、IC自体のサイズが小さいので放熱が難しいです。
また、他モータードライバICに比べノイズに弱く、信号線、電源へのノイズが、そのままモーターへ、、、。。
以前のパラレルポートの実験と云う記事にて、A4983を使用してますが、このような駆動方法だと、ノイジーなのは当たり前です^^;




A4988chop.jpg

今回は電流のチョッピングも観測してみました。A4988のアプリケーションノートには、チョッピング周波数は書いてなかったので。

この画像を見てみると、チョッピングの周期は20μS位。
チョッピング周波数は50kHz。

ちなみにPololuにて同じくステッピングモータードライバキャリアとして販売されているDRV8825はデータシート上30kHz。

チョッピング周波数は高ければよいわけでは無い(スイッチングロスが多くなるらしい)と思いますが、高ければより細かく電流を制御している事になります。また、モーターから聞こえるチョッピングノイズの音程?も変わってきます。。



4988brakeout.jpg

Pololuのドライバキャリアはこのようにピンを引き出しました。
このPololuの基板はレギュレーターが乗っているので一つの電源を繋げば良いです。
レギュレーターは5Vと3.3Vの物が乗っているので入力する信号の電圧により、どちらかを選択して配線します。。


CNCやReprap以外にも、マイコンを使ったステッピングモーターの駆動にとても便利な基板です。


ICサイズが小さいので発熱しても放熱しづらいので絶対最大定格の2A近くまでの駆動は難しいように思います。

が、ステップパルスの最小パルス周期が他ICより小さく(2μS、周波数として、500kHz)、ステップパルスのゆらぎが多少あっても、確実にステップを刻めると思います。

またDRV8825との比較ですが、DRV8825は最小パルス周期が3.8μS、周波数250kHz。

Grblを使った場合、最大パルス周波数は30kHzなので、どちらを使っても余裕ですが、LinuxCNCでPluto_PやMach3にてSmoothStepperを利用し、高マイクロステップにての作動時には特に注意が必要です。

単に入力できる最大パルス幅、周波数のみではドライバICの最大作動速度を測ることはできませんが、参考までに。。

LinuxCNCでパラレルポート使用時には、出力パルス幅、出力パルス周期を入力、Mach3でも、出力パルス幅の設定がありますね。。


ステッピングモータードライバICの安定した最大作動速度はチョッピング周波数に縛られます。


A4988は電流制御のチョッピング時のDecayモードをSlowDecayとMixedDecayが自動的に切り替わります。
DRV8825では、Slow、Mixed、Fastのどれかを選ぶ固定方式。
使用条件にもよりますが、A4988の方がよりEasyに使える気がします。

モーター電流のチョッピング制御時の適切なDecayモード(電流減衰モード)は、モーターの回転数によります。
おおまかに、低回転時にはSlowDecay、高回転時にはFastDecay,その中間の回転時にはMixdDecayを選びます。
高回転で回そうとしている時に、SlowDecayを選択すると、一定回転数で頭打ちに。また、その逆で低回転時にFastDecayを選ぶと、トルクが少ない印象です。

CNCマシンにて使用する場合はMixedDecayにての使用、、、ですかね。。
回転数の変動が大きいので。

ICによりけりで、MixedDecayのSlow,Fastの比率がまちまちなのと、使用するモーターによりけりなので、「このモード!」と断言できません。
本当に適切なDecayモードの選択は、オシロスコープにて、モーターの電流を観測しながら決めるしかありません。。


モータードライバICといえども、結構個性があり、同じような駆動方式、制御方式でも内部に使われる素子が違うので、駆動音、モーターへの電流等、微妙に違ってきます。
また、使用するモーターによっても変わってくるので「このドライバICが一番よい!」とは言い切れないです。。






私がステッピングモーターをドライバICを使ってブンブン回しているのも、半導体メーカーの方々が見たらとてもアホな事だと思います^^;
安定作動とは程遠い事ですので。。完全にオーバードライブ。
















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LinuxCNCにて、Pluto_Pを動かしてみる。

かなり前に購入してたLinuxCNCにてパラレルポートのEPPモードを利用した通信を利用したCPLD(FPGA?)ボードPuluto_Pを動かしてみました。

Pluto-P.jpg

かなり前のハードウエアらしく、ALTERAのACEXとゆうCPLDを使用してます。
ACEX自体はまだ販売されてますが、ARLTERAでは、サポート終了??

このPluto_Pを使用すると、4チャンネルのSTEP/Direction/最大312.5kHz、14のデジタル出力、16のデジタル入力ができるそうですが、、、。。

ハードウエア販売会社である、KNJN LCCでは、LinuxCNCでの使用をサポートしてません。

ま、とりあえず駆動まで。。

まず、購入時のメールに添付されていたURLにアクセスして、ハードウエアの説明書その他のファイルのダウンロード。

ファームウエアの場所がわからないのでGithubにてLinuxCNCのソースファイルをダウンロード。この中のpluto_step_firmwareフォルダ内のpluto_step.rbfファイルをPulto_Pの説明ファイル内にあるFPGAconf.exeを使用しウインドウズxp上で書き込み。。

パラレルポートをBIOS上でEPPモードに変更しUbuntuを立ち上げ。

LinuxCNCを立ち上げ、立ち上げ画面のConfigurationSelector内のStepper-pluto_inchのコンフィグで起動。

してみました、が、、。。

x軸Z軸は正常に作動するのですが、Y軸を送り、戻すとjointエラーが。
しかも、Y軸を移動させているのに、エラーはX軸、Z軸の物、、。。。

何度やってみてもダメダメ。。

Pluto_Pにサンプルファイルや色々書き込んでいるうちにおかしくなったのか???

おかしいのはY軸の出力、しかもDIRピンだけなのかどうか???でしたが、設定ファイルのpluto_pinout.halファイル内のソフトウエアとハードウエアの入出力を設定するファイルを書き換え、通常4軸目となるピンにY軸出力を変更。。
多分3軸制御しかしないと思うので。。


なんとか3軸分のStep/Dir出力ができるようになりました^^;

パルスを観測すると、パラレルポート直接出力よりも小さなパルス幅。
計算でいくと、約3.2μSの最小パルス。
ステップ信号のパルス幅とかも、halの設定にて変更可能です。



他、入出力は検証できていません。。Halの記述、コマンドを覚えがてら、、今後の課題です。



入出力が増えるのは有難いのですが、現状、1軸分の出力ができない状態ですので、なんだかなぁ~。。

Pluto_Stepのファームウエアのソースコードが公開されているので最近のCPLDを使用して、作りなおすのも、一興かも。。私に能力があれば、、、。。。

私の根本的なプログラマブルなものへの知識不足が致命的です。^^;



追記。
PlutoStepとしての作動は問題なくできます。
Hal側の設定が悪かっただけでした。

パラレルポートのI/Oを増やす手段ではありますね。。








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LinuxCNCのHexaPodのデモ。

LinuxCNCを触ってます。

LinuxCNCを立ち上げると、各種設定のサンプルファイルが結構沢山有ります。
その中にHexapodのシュミレーターがあったので動かしてみました。。
LinuxCNCHexapod.jpg

Hexapodですね。。
このようなベクトル計算が必要?な小難しいものでも、構築可能。素晴らしいです。
が、設定がテキストによる記述なので、マニュアルが英語であるとゆうことは結構高い敷居となってしまいますね。。

LinuxCNCHexapod1.jpg

上の画像をズームさせた画像です。
LinuxCNCのサンプルファイル、のタックス君の足でした。。


LinuxCNC4axis.jpg


通常、フツーにLinuxCNCをGコードプレーヤーとして使用される頻度が高いと思われるユーザーインターフェースAxisの画面です。

これは、4軸制御のAXISの設定サンプル。
通常3軸の加工軌跡を表す円錐上のマーカーが逆さを向いてます。。
サンプルとして5軸まであるようです。。


各種入力に対する出力はMach3でも作ることができるみたいですが、LinuxCNCはいろいろなモーションのモデリングからすることができます。
単なるGコードプレーヤーとしてだけに使うのは勿体無いオープンソースのソフトウエアです。

LinuxCNCのサイトのインストールイメージをCDに焼けばPCにインストールしなくても、お試しできます。

また、シマリス技研さんがLinuxCNCインストールメディアの配布を!!と云う記事で取り上げさせていただいたシマリス技研さんのサイトでも、自家製インストールメディアを配布されています。。




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あきらひとし。

Author:あきらひとし。
木工用CNCルーターフレームと、ステッピングモータードライバを作ってみました。
たぶん記事は一般的な人には殆ど必要のない事ばかりなの、かも。

モーターは回るだけでも楽しい。制御(速度、トルク、位置)できるともっと楽しい!

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