ロボコン回路とは...

ロボットコンテストのためだけに作られた回路のこと。
練習、本番で問題なく目的どおりに回路が動けば、どんなに単純、またはおかしな回路でもいいわけ。
ただし、そのあとにデモをすることを考えると、完成度は高めたほうがいいのは確か。

必要な知識
  • 電気回路(数学の知識はあまり要らないかも)
  • 電磁気(これがわかれば完璧)
  • 電子工学(トランジスタ、ダイオード)
  • 電子回路(オペアンプ)
  • 設計工学(モータ、配線)
  • 一般雑学(熱で金属は溶ける)

このように、幅広い知識を持っていたほうがいい。
一つでもかけていると、何かしらで問題が生じることが多い。

特に大事なのは電気回路。これがなければ回路は作れない。
また交流は扱わないので、直流の回路の理解があればいい。
しかし、電気回路がわかったとしても回路は作れない。
電子回路の電流や電圧の概念が必要になるためである。
事実、キーマトリクスの概念は電気回路では理解できない。

電磁気は、把握だけすれば大丈夫。
例えば、電磁波で電流が流れることがわかれば、ノイズが発生する理由がわかるはず。


さらに、授業では習わない知識がマイコンである。
プログラムによる変更、複雑な制御理論などを実現するには、マイコンは不可欠になる。
マイコンの弱点を考えると、即応性、出力電流制限などがあるが、外部回路でこれを補うためにも、様々な知識が必要になる。



ここまでがすべて前置きである!


実際にロボコン用の回路を作るにはどうしたらいいか。
前置きの知識に加え、新たに時間、計画、技術という要素が加わると…


はっきり言おう、やってられない!



しかし物事はトライアンドエラーの意識でやっていくもの。
初めてロボコン回路に触れる人のために、基本的な流れを説明していこう。

step1:相談

ロボコン回路の最後の目的は、ロボコンまでに完全に動く回路を作ること。
(動く回路には操縦者の練習も含まれていることに注意)

回路ばかりにではなく、機構の面にも気を配らなければならない。

一番最初に決めることは、ロボットの基本構想である。
モータの数、空気圧を使いたい、電波のコントローラを使いたい、etc...
様々な要因が、回路そのものの要素を決めていくことになる。

もちろん、途中での変更なんて当たりまえ、変更されたらその人を恨みつつ、完璧な回路を渡してから文句を言おう。

ポイント:相談はずっとやり続ける。一度決まったからといって相談をやめない。


step2:勉強

何を作ったらいいかもわからない状況では、ロボットを動かすどころか回路さえ動かせない。
まず、必要なものがなにかをよく考えよう。

まず自分がやりたいことを明確にする.
回路がやりたいって言っても,LEDを光らせたいのか,通信したいのか,モータを回したいのか.
自分がやりたいことややるべきことをしっかりと定めよう.

やるべきことが定まってるなら,それに関連する情報を集める.
マイコンを使うなら,マイコンについて書かれているサイトやデータシートを手に入れる.
でも,最初はどんなマイコンを使えばいいかなんてわからないはず.

一つ目のマイコンを決める方法としてお勧めするのは,入手性.
単純に探しても様々なマイコンがあると思う.(秋月でマイコンを探すだけで100個以上出てくるかもしれない)
そんな時は,過去に使われているマイコンや,在庫があるマイコンを使うべし.
新しく買う場合でも,過去のデータがあれば参考にしやすい.
まったく前の情報がない場合,プログラムを書き込むライターとマイコンの値段,ディジタルI/Oの数で決めるといい.

プログラムは先輩からもらっておく,これ絶対.
たとえマイコンが違っていたとしても,将来使うかもしれないし,書き方が参考になる.

ほとんどの回路はすでに先駆者がいる.
本も出版されていることが多いので,図書館などを有効に使おう.
先駆者がいないような回路はもっと回路を勉強してから作ってください.



step3:購入

やっぱり材料がないと、回路は作れない。
(この段階でプログラムを作れる人がいたら、尊敬してあげてください、私には無理です。)

もちろん予算に限界はあるから、好きなだけ買うこともできないだろう。

ここで大事になるのがstep1である。

モータ等のアクチュエータについての機構も相談しているはずである。
つまり、動力源とその目的に関しては十分理解しているはずである。

動力源が小型ですむなら、必要な回路も小型化できる。その逆も然り。

くだらないものを買うならば、自腹かお金が余るときだけにすること。
挑戦したいことはまず自腹が基本。そうすれば失敗しても他の人には迷惑はかからない。
あまりにも高額になる挑戦は、メンバーと相談して決めること。

よく高額になるリスト
  • モータドライバ
  • 大型マイコン
  • 電波モジュール
  • センサ

安価にできるリスト
  • モータドライバ
  • マイコン
  • 回路素子
  • センサもどき

値段を安価にするのは知識勝負、できないならモジュールを買ったほうが経済的にも時間的にも得。


step4:製作

製作するのは回路だけではなく、マイコンのプログラムも同時に進めていかなければならない。
ここからマイコン担当者の仕事が本格的に始まる。

同時進行していくことも大事だが、まずはカーネル部分(主要部分)を完成させることをお勧めする。
主にカーネル部分には、コントローラからモータまでの直通部分として、電源系統、信号の送受信、モータ制御用信号の送信、モータドライバが当たる。
これらを完成させておくことで、簡単な実験や練習が可能となり、機械系の文句にもいろいろと対応できるようになる。

そのあとに、制御理論用にセンサ類を取り入れたり、装飾したりすればよい。


おおよその進ませ方


過去の技術を流用できれば非常に簡単になる
しかし流用できない新技術に対しては自分たちで検討していく必要がある

回路の構成(特に入出力関連)について検討
モータドライバ,センサ,コントローラなど

単純に入出力の端子のみの回路図を書く

マイコンを決定する
必要に応じた性能で決定,似ているならば去年の流用も可

正式な回路図を書く

部品を注文する

回路を作成する

中央部(モータ動作,コントローラ入力)のプログラムを書く

モータドライバを動かして確認する

ロボットに配線する
ここまでにロボットが完成していない場合は急がせつつ自分は回路を美しくする

センサを取り付ける

センサを用いた制御プログラムを書く
このときプログラムは係数を用いて記述するとよい

係数の値を調整する
ただし調整してもうまくいきそうになかったらすぐに機械側と相談する
センサを追加したり,機械的に頑張ってもらうことも重要

制御を自動化する
ワンボタンとかできたら完璧

保守・予備制作

だいたいこんな感じかな