1.はじめに 昨年夏に、無線マウスでコントールする回転ディスプレー台を製作した。これを、今年の夏休みのマイコン電子工作ネタとして紹介してみたい。
製作した回転ディスプレー台とは、次のようなものである。 高さ6センチ、直径14センチの円筒形で、天板は、丸テーブルの形状をしている。 この中に、マイコンを使ったテーブルの回転機構と昇降機構が組み込まれている。 使ったマイコンは、USBのホスト機能を持ったPIC24FJ64GB002だ。これにUSBマウスを接続する。 マウスのボタンを押したり、マウスを前後左右にグリグリすると、マイコンがそれに応じてディスプレー台を回転させたり、昇降させたりする。 マウスは有線式でも良いが、無線式のマウスを使った方が面白い。無線が届く範囲であれば、離れた所から ディスプレー台をコントロール出来る。 ディスプレー台の下部には、ACアダプターを接続する電源コネクタと、マウスを接続するUSBコネクタの他に、 もう一つUSBコネクタを設けている。 こちらのコネクタは、USB機器を繋ぐものではなく、ディスプレー台の上に飾る模型などに +5Vの電源を供給するためのものだ。こちらもマウスで電源の入り切りや電圧上下の制御が出来る。 2.設 計 2−1.材料・部品等 製作に使用する主な材料や電子部品は、次のとおり。
2−2.回転台本体の設計 円筒形の回転台を実現するために、CD-ROM50枚入りのケースと20枚入りのケースの2つを使う。 ケース本体下部中央のCD-ROMの穴を通す棒状の突起部分の先端を切り取り、 20枚側の突起部分には、心棒となるプラスチックの棒を接着し、逆さにして50枚側の突起部分に差し込む。 心棒を中心に、上下の2つのケースが自由に回転すれば良し。工作精度が甘いと回転がガタつくので注意が必要だ。 上部の20枚の方には、中央部分を切り抜いた20枚ケースの透明カバーを接着する。この透明カバーは、回転機構を実現するためのものとなる。 2−3.回転機構の設計 田宮模型の4速クランクギヤボックスと、同じく田宮模型のトラックタイヤセットのタイヤを使って、右図のような回転機構を考えた。 タイヤが回転すると、それに接している透明カバーが回転し、その結果、台が回転する。 4速ギヤボックスのギヤ比は、441:1を選択する。この選択では、タイヤは、2秒で一回転する。 ケースカバーは、直径約12センチで、タイヤ径は、3.6cmなので、ディスプレー台は、7秒弱で一回転することになるはずだ。 透明カバーは樹脂性で表面がつるつるしているので、タイヤがスリップして回転不良を起こす可能性がある。また、回転台の 工作精度が甘いと、台の回転に応じて、タイヤとカバーの接触面が離れ、これまたスリップを起こすことになる。 一旦スリップが起こると、そこで台の回転が停止してしまう。タイヤと透明カバーの接触圧を高める何らかの工夫が必要だ。これの対策については、工作段階で考えることにする。 2−4.昇降機構の設計 回転台の昇降には、右図のようにサーボモーターを使うことにした。 サーボモーターに取り付けたサーボホーンが回転すると、それに応じて、回転台の心棒が上下する。 心棒を上げる時は、サーボのトルクで持ち上げるわけだが、下げる時は、回転台上部の自重で下がる構造だ。 サーボホーンで直に心棒の上げ下げを行うので、回転台が上昇する高さは、そんなに高くできない。今回の工作では、 約2cm〜3cm程の高さとなるはずだ。 ホーンと心棒の接触部分は、比較的サーボ軸の中心に近い所にあるので、サーボモーターのトルクが有効に働くものと思われる。 ディスプレー台の上に、1kg程度の物を飾っても上昇させることができると思うが、樹脂製の本体は、あまり丈夫な構造でないだけに 重い物を飾るのは避けた方が良いかもしれない。 2−5.回転検出機構の設計 ディスプレー台を右に3回転させたら、左に5回転戻す、などの制御を行うとした場合には、回転数を計数するためのしくみが必要だ。 そこで、右図に示すように、ディスプレー台本体上部側の中央の軸に、突起を設け、その近くにマイクロスイッチを配置した。回転に応じて、軸の突起部分が マイクロスィッチを押すことにより、回転が検出でき、回転数を計数できる。 2−6.制御回路の設計 USBマウスを使うので、USBホスト機能を持つマイコンとして、PIC24FJ64GB002を選択した。 PICが行わなければならない仕事は、次のとおりだ。 (1).ギヤボックスのモーター制御
(2).サーボモーターの制御
(3).外部電源の出力制御
(4).マウスの読み取り
モーターコントローラーやサーボモーターは、+5Vの電源で動作させるのだが、PICの信号出力は+3.3Vである。電圧の違いがあるが、これでも問題なく動作する。 3.製 作 「2.設 計」の項で検討した内容に沿ってディスプレー台の製作を行った。その様子を以下に示す。
4.プログラム PICのプログラムは、MPLABの上で、C言語にて開発した。プロジェクトファイルは、次のとおり。
USBマウスの制御は、Microchip 社から提供される USB Frame Work の マウスデモプログラムを基に作成した。デモプログラムのサンプルコードでは、 DELLの有線式のホイール付きマウスは問題なく動いたが、ロジクールの無線マウスでは、マウスが送信してくるHIDのReport Descriptor の内容が、 サンプルコードが想定しているものと少し異なっており、少々の手直しが必要であった。 ギヤボックスのモーター制御やサーボモータの制御ならびに外部電源の出力制御は、全て、PIC内蔵のアウトプットコンペアモジュールによりPWMにて 行った。 PWMの生成については、PIC24ファミリーのリファレンスマニュアルの記載に従って行えば簡単に実現できるが、制御範囲を越えないよう配慮が必要だ。 サーボモータのホーンの動作範囲は、今回の工作では、45度以下であり、この範囲に納めておかないとモーターや回転台が壊れてしまう。 5.デモムービー ディスプレー台の回転の様子を以下のムービーに示す。製作する前の期待に反して、出来上がってみれば、もう一つという感じがする。
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