ロボット用マイコンボードを設計してみた

オープンハードセミナー2014 1Q

西村備山(@lipoyang)

ロボット用マイコンボードを 設計してみた

自己紹介

西村備山 (@lipoyang)

■奈良県在住＆勤務

■組込み系技術者(ソフト)

■わりとなんでも屋

■ロボット製作が趣味

ロボット紹介(1)

茶運び人形ロボ

Bluetooth

RCサーボ

GR-SAKURA

ステッピング モータ

Android アプリ

スマホから操縦できる

茶運び人形型ロボット

ロボット紹介(2)

お習字ロボ

Microbridge

Arduino

RCサーボ

Android アプリ

スマホに書いた文字を

筆ペンで書くロボット

ロボット紹介(3)

タマきゃっと

Zigbee

センサ類

H8

RCサーボ

DCモータ

ネコ型 球拾いロボット

ロボット紹介(4)

PETロボ

センサ類

Bluetooth

RCサーボ

GR-SAKURA

PETボトルがボディの

4足歩行ロボット

ロボット紹介(5)

初音二駆 (はつねニク)

GR-KURUMI

DCモータ

Bluetooth

RCサーボ

Android アプリ

ミニ四駆を改造

ステアリングもできる

今回つくりたいもの

ロボット用マイコンボード

・RCサーボ9個をPWM制御

・Bluetooth搭載

・電源4.8V～7.4V

・C基板サイズ

RCサーボ

GND・電源・パルス の3ピンコネクタ

マイコンボードに

直接挿す！(最大9個)

Bluetooth

USBドングル シリアルモジュール

安価(千円前後) 高価(数千円)

利用が難しい USBホスト/Bluetoothスタック

利用が容易 UARTに接続

電源

Ni-MH 4セル = 4.8V Ni-MH 5セル = 6.0V

Ni-MH 6セル = 7.2V LiPo 2セル = 7.4V

C基板サイズ(72x48mm)

サンハヤトICB-288と同形に

マイコン選定条件

・RCサーボPWM×9ch

→たいていのマイコンでOK

・Bluetooth USBドングル

→ USBホストが必要

→ Bluetoothスタックが必要

btstack

・オープンソースのBluetoothスタック

・http://code.google.com/p/btstack/

・リソースの乏しいマイコンでも利用可

(4kBのRAMのMSP430でもSPPは動く)

btstackのポーティング

・本家

・MSP430

・@hrdakinoriさん

・PIC24FとGR-SAKURA(RX63N)

・https://github.com/hrdakinori/

・http://d.hatena.ne.jp/hrdakinori/

命名：BluePulsar

Bluetooth USBドングル

PICkit3 コネクタ

電源 4.8～7.4V

RCサーボ用 ピンヘッダ

×9ch

拡張コネクタ用 スルーホール

C基板サイズ (72×48mm)

PIC24FJ256GB106

無償の基板CAD比較

・Eagle

・無償版はサイズ制限・商用利用禁止

・情報が多い(ネットや書籍)

・KiCAD

・無料で商用利用可

・ツール自体がオープンソース

・DesignSpark PCB

・無料で商用利用可 … RSｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾂの販促

・Windows版のみ

基板CADを擬人化してみた

独 Eagle 仏 KiCad 英 DesignSpark

・古風

・ツンデレ

・自由人

・言動が不可解

・社交的

・あざとかわいい

まずはEagleさんから攻略

・攻略情報(ネット、書籍) 多い

→学習コスト 低い

・とりあえず、フリー版でOK

(両面基板・8×10cm以内)

基板CADの大まかな流れ

回路図を作成

↓

アートワークを作成

↓

ガーバデータを出力

部品ライブラリ

(1) インストールされてる ライブラリから探す

部品ライブラリ

(2) ネットで探す http://www.cadsoftusa.com/downloads/libraries

部品ライブラリ

(3) シンボルとパッケージが

同じ部品を探して名前だけ変更

例) LM340 → TC1262-3.3VDB

同じ3端子レギュレータ、SOT223パッケージ

部品ライブラリ

(4) シンボルまたはパッケージが

同じ部品を探して組み合わせる

部品ライブラリ

(5) なるべく似た部品を探して修正

回路図の作成

アートワークの作成(1)

ラッツネットが生成される

アートワークの作成(2)

基板外形を描いて部品を並べる

アートワークの作成(3)

自動配線… (´・ω ・`)ｼｮﾎﾞｰﾝ

アートワークの作成(4)

手動で配線する

アートワークの作成(4)

ベタGNDやシルクを描く

デザインルールチェック

FusionPCB の場合 http://www.seeedstudio.com/service/

配線幅・間隔とも 6mil (=0.1524mm)以上

今回は、

・最細0.25mmで配線 (PICが0.5mmピッチ)

・最細0.20mmでチェック

Webサイトにて DRUファイル配布

ガーバー出力

FusionPCB の場合 http://www.seeedstudio.com/service/

Webサイトにて CAMファイル配布

CAM Processorで

“Process Job”

注意事項！

中国はもうすぐ旧正月！

2014年は 1月31日が春節(旧暦の1月1日)

長期休業となるので納期に影響

今回はここまで

つづきはWEBで

滴了庵日録

http://d.hatena.ne.jp/licheng/

「BluePulsar」でブログ内検索

Ni-MH電池4セルの場合

公称電圧4.8V 満充電だと5V超

→USBホストの５V給電をどうするか？

・昇降圧型のDCDCコンバータが必要

・入力4.8V～7.4V / 出力5V・500mA

・安価(～500円)で小型(1センチ角程度)なもの

→ そ ん な も の は な い

おまけ

推奨はできませんが…

Ni-MH電池4セルで直接給電しても

Bluetoothドングルは動いた。

(USBの規格では Vbus = 4.75～5.25V)

５V LDO

3.3V LDO 6V～

Vbatt 5V 3.3V

５V LDO

3.3V LDO 4.8V

Vbatt 5V 3.3V

【ジャンパで切り替え】

Ni-MH 5セル以上のとき Ni-MH 4セルのとき

おまけ