オープンハードセミナー2014 1Q (2014.01.11) Bluetoothとラジコンサーボに特化したロボット用マイコンボードを設計してみました。

1. 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)

2. 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

3. ロボット紹介(1)
茶運び人形ロボ
スマホから操縦できる
茶運び人形型ロボット
Bluetooth
RCサーボ
GR-SAKURA
ステッピング
モータ
Android
アプリ

4. ロボット紹介(2)
お習字ロボ
スマホに書いた文字を
筆ペンで書くロボット
Microbridge
RCサーボ
Arduino
Android
アプリ

5. ロボット紹介(3)
タマきゃっと
ネコ型 球拾いロボット
Zigbee
RCサーボ
H8
DCモータ
センサ類

6. ロボット紹介(4)
PETロボ
PETボトルがボディの
4足歩行ロボット
Bluetooth
RCサーボ
GR-SAKURA
センサ類

7. ロボット紹介(5)
初音二駆 (はつねニク)
ミニ四駆を改造
ステアリングもできる
Bluetooth
RCサーボ
GR-KURUMI
DCモータ
Android
アプリ

8. 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

9. 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)

10. Bluetooth
USBドングル
安価(千円前後)
利用が難しい
USBホスト/Bluetoothスタック
シリアルモジュール
高価(数千円)
利用が容易
UARTに接続

11. 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

12. C基板サイズ(72x48mm)
サンハヤトICB-288と同形に

13. 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

14. 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)

15. 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/

16. 命名：BluePulsar
C基板サイズ
(72×48mm)
Bluetooth
USBドングル
RCサーボ用
ピンヘッダ
×9ch
PICkit3
コネクタ
電源
4.8～7.4V
PIC24FJ256GB106
拡張コネクタ用
スルーホール

17. 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

18. 基板CADを擬人化してみた
独 Eagle
・古風
・ツンデレ
仏 KiCad
・自由人
・言動が不可解
英 DesignSpark
・社交的
・あざとかわいい

19. 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)

20. 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

21. 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

22. 部品ライブラリ
(2) ネットで探す
http://www.cadsoftusa.com/downloads/libraries

23. 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

24. 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

25. 部品ライブラリ
(5) なるべく似た部品を探して修正

26. 回路図の作成

27. アートワークの作成(1)
ラッツネットが生成される

28. アートワークの作成(2)
基板外形を描いて部品を並べる

29. アートワークの作成(3)
自動配線… (´・ω ・`)ｼｮﾎﾞｰﾝ

30. アートワークの作成(4)
手動で配線する

31. アートワークの作成(4)
ベタGNDやシルクを描く

32. デザインルールチェック
FusionPCB の場合
Webサイトにて
DRUファイル配布
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

33. ガーバー出力
Webサイトにて
CAMファイル配布
FusionPCB の場合
http://www.seeedstudio.com/service/
CAM Processorで
“Process Job”

34. 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

35. 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

36. おまけ
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

37. 推奨はできませんが…
おまけ
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)
【ジャンパで切り替え】
Vbatt
6V～
5V
５V
LDO
3.3V
3.3V
LDO
Ni-MH 5セル以上のとき
Vbatt
4.8V
5V
５V
LDO
3.3V
3.3V
LDO
Ni-MH 4セルのとき