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自作サーボの作り方1FETの選定方法?

今回はとある関西の学生さんからの質問でFETの選定が分からないから、教えて下さいとのことで。
説明か~難しいな~と思い例で説明しますと説明した物です。

間違ってると悲しいので(勉強ですよ聞かぬは一生の恥ですから;)
(またザピーさんから突っ込みが来ると嬉しいな~)

前のモータの件書き直せよと思いますが(めんどいな~へへ)

かなりの長文ですごく分かりにくいですがすいません。
書いてる途中に物事、考えが変わるのが自分の良いところ「っあ」とかそうです

サーボ製作工程
例 540を使用し100kg.cmのサーボが欲しいとした時

RS-540SH 7520
定格電圧 7.2V
起動電流 70A
起動トルク 196mNm
無負荷回転数 23400rpm

起動トルク196mNmだと1:52のギア比で約102kg,cmになります。
スピードは0.02sec/60°
理論値ですがこのぐらいになります。(少し重量が気になりますが。)
(なかなかよさそうなスペックのサーボになりそうですが、後で少し変わってきますので。)


まあサーボのメカ的使用が決まったとして次はFETです。

モータがストール時に理論値通り70A流れるとします。
(FETの定格が70A要る訳では無いです、この時FETに流れる電流はFETによりますが)

今回は比較的入手しやすい秋月で入手可能な物にしました。

(佐々木さんもめんどくさいだろうと思ってこれをお勧めしました。デジキーやRSで調べてもっと良いものを探しても良いですよ。パーツ選びの時が楽しい時間です。:)
Nch 2SK3163 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00222/
定格電圧 60V
定格電流 75A
オン抵抗 6mΩ
チャンネル損失 110W

Pch 2SJ554  http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00221/
定格電圧 -60V
定格電流 -45A
オン抵抗 28mΩ
チャンネル損失 100W

(チャンネル損失の値が大きいほど熱容量が大きいのでなるべく大きい方が焼けにくいと思います。)

FETの詳細はこれぐらいで、話し戻します。
モータだけバッテリーに繋いだ場合は70A流れますが、回路全体のでみると少し変わってきます。
合成抵抗で変わるためです。

FETの抵抗値はデータシートに載っていますが、マブチのスペックには端子間抵抗が書いてないので計算値でやります(実測値が良いです。)
7.2V/70A=0.10285Ω

モータの抵抗値が分かったら後は計算します。
0.006Ω(Nch)+0.028Ω(Pch)+0.10285Ω(モータ)
=0.13685Ω

ホントは配線等も抵抗値がありますがそこは省略します。
回路全体の電流値は
7.2V/0.1385Ω=51.985A

っあPchの容量が足りなくなってしまいました(やりながら書いてるのでこう結うことも有りますw)
なのでここでPchのFET容量を上げるために、FET自体を交換しても良いのですが。
っあ秋月に2SJ555が出てますね(○○木さんに教えたときには無かったですww)

良い例ですねでは、解決策を二つ。

1:FETを並列にする方法です。
良くラジコンアンプの前進側のFETが良くそうしてありますよね。
サーボの場合は両サイドデュアルにします。
今回はPchをデュアルにします、(最初気になってたんですよね抵抗値がNchとPchでかなり違うので個人的に少し気持ち悪いなとw)

まあ単純に2倍と考えて良いと思います、そんな難しいことはしないのでw
並列に並べるので二つのFETに流れる半分になります(固有の抵抗値で少し変わるけど気にしないです。)

Pchひとつの抵抗値は0.028Ω
Pch並列時の合成抵抗は1/(1/0.028+1Ω/0.028Ω)=0.014Ω

この場合全体の合成抵抗は
0.014Ω+0.006Ω(Nch)+0.10285Ω(モータ)=0.12285Ω
7.2A/0.12285Ω=58.6081A

並列にするメリットは単に電流の容量アップだけではなくひとつのFETに流れる電流量が減るので発熱が下がるとこです。
デメリットはどこかの大学の先生?だったかに言われたのですが効率が悪いのかな...(製品で並列にしてるの有るから良いと思うのですが...)
後今回のように、左右のFETの差があるとき並列にして類似したFETに出来ることが良いです。

2:FETを変える。
今回は秋月偶然見つけたので2SJ555を想定します。http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09042/
定格電圧 -60V
定格電流 -60A
オン抵抗 17mΩ
チャンネル損失 125W

単純に交換するだけです。
0.017Ω+0.006Ω(Nch)+0.10285Ω(モータ)=0.12585Ω
7.2A/0.12585Ω=57.211A

どちらの方法を取るかは好みですがパーツの点数が減るので今回は2の方ですかね。
足りなければ両方並列にすれば良いので。


でFETの選定が一応終わったので、次です。
モータ70A消費したときに102kg.cmとなるギアボックスでしたが。

2SK3163と2Sj555の場合
57.211Ax0.10285Ω=5.884V約2割程下がっていますので約20kg.cmダウンなります、スピードも同様に...。

せっかく減速機設計したのに>_<みたいになります。
そこでどう選択するかですが。

あきらめて減速機を変えるか(まあギア比を調整できるようにしておけば良いのですが。)
FETを並列にしていき抵抗値を下げ、モータに一杯食わせるかです。

まあ
定格電圧 7.2V→5.884V
起動トルク 196mNm→160mNm
無負荷回転数 23400rpm→19122.48rpm
となり1:63で約100kg.cmです
スピードは0.0329sec/60°と十分な性能ですけど。

ハイパワーサーボを求める我々としては少し頂けないですねww

こんな感じで少しの妥協と努力でサーボになります。
まあこのサーボでロボットを作ると、1サーボで60A近く消費するので24軸で1440A現実的ではないですねww。

パーツ選びの段階も楽しい時間なので良かったら自分だけのFETを探してみてください、まあ○○○○さんとか松野くんそれ試したこと有るよとか良いそうですがww

かなり脱線したりもしましたが誤字等計算ミス等有るかもしれませんのでよろしくお願いします。(シロートですからねhaha)
後今回の数値はどれも計算値です実際にモータがそんだけ食ってくれるかは実測してみないとです。(モータがカタログスペック通り電流食ってくれなくて困ったこと結構有るので)

これブログに書いてザくさんとかに突っ込みをまた貰おうと思うので、もし間違っていたら連絡しますね、ブログのコメントに書いて有るかもですけどw
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小さい4000番 KRS-3304 ICSのトルクチェック(A4さんの)

動画とか撮ってないので結論から言いますね。
7.4V時(安定化電源)10kg.cm 2A

このサーボが18個で10万ちょっとなら即買レベルです。
(欲しい小さいフラウ作りたい、軸数もちょうど18軸と同じ:)
KRS33042.jpg
http://kondo-robot.com/product/krs-3304-ics

ロボワン前、大同練習会でA4さんにトルクチェックさせてもらいました:)
今回は自分のじゃないので、壊さないように定格7.4Vでのテストです。
8.4Vで回したかったけど多分1kgも上がらんと思うけど。

話し変わりますが同じLipo2SのKRS-3204 ICSについてです。
ロボワンの会場で近藤の方に中のモータについて聞いたのですが、
KRS-3204 ICSとKRS-3304 ICSのモータは同じだそうです。
(開けてみないと何とも言えませんが)
でもスペックが同じモータにしてはおかしい気がしますけど。

KRS-3204 ICS
<スペック>
 【7.4V時、静止状態】
 ●最大トルク:9.3kgf・cm
 ●最高スピード:0.13s/60°°

KRS-3304 ICS
<スペック>
 【7.4V時、静止状態】
 ●最大トルク:13.9kgf・cm
 ●最高スピード:0.11s/60°
近藤科学のサイト
モータが同じでギア比が違うにしても、トルクとスピードが違う気がします。
3204の方がトルクは低いですがスピードが3304に勝ってるのなら同じモータだと云う説得力は有りますけど。
トルクもスピードも3304の方が上なので、3304と3204では違うモータを使ってるのではと思います。


A4さん貴重なサーボをテストに提供していただき有難うございます。

安物買いの銭失いww

ホビーキングで安くてよさ気なサーボが有ったのですが。

Turnigy TGY-5521MDHV
カタログスペック
トルク24kg.cm
スピード0.11sec・60°

届いてトルクチェックしたら15kgちょいLipo3Sで20kgちょい。
まあLipo3Sかけたら基板が焼けてしまったのて、基板をQUESTのDS-5011の基板に変えて、FETも変えてやってたら次はギアとケースが行ったww
DSC06044.jpg
てことでケースもDS-5011に変えた、次はモータだ(お笑いだhaha
でモータはKRS-2350のに変え、ついでに基板も788のに変えた。

DSC06043.jpg

不運な運命のこの2つのサーボは全く新しい人生を歩み始めたわけだ(まあDS-5011はとばっちりだけどww

TGY-5521
DSC06047.jpg
ヒートシンクは結構しっかりモータにくっついてる。

Turnigyのギア
DSC06046.jpg
セミファイナルの真鍮側が掛けてしまった。

QUESTのギア
DSC06045.jpg
QUESTの方はさすが日本のメーカーだけ有るのです。
丁寧に作ってある。
でもS3003をメタルギアにした程度で¥6,000は高いそれなら他を買った方がいいな。
使ってるICも他と変わらん確かヴィストンの安い奴と同じだったよ確かねww


まあ安物買いの銭失いってやつだww
てなわけであでゅ~

2572の中身とかトルクチェックとか改造とか。

heheお久しぶりです。(そんなことないか。)
今回はKRS-2572HVの事です。

<スペック>(11.1V時、静止状態)
 ○最大トルク:25.0kgf・cm
 ○最高スピード:0.13s/60°
 ○重量:47.7g
と軽くてトルクもでて結構期待していたのですが。
動画トルクチェック
結果は
約15kg・cm
20kg・cmは出て欲しかったな...


KRS-2572HV
DSC06042.jpg

中身の主要パーツ
KIMG0017.jpg
ケース
DSC06039.jpg
アッパー、ミドル、ボトムともに新しいものです。
KRS-2552/42とは別物みたいです。
使いまわせるのはファイナルギアとベアリング等ぐらいかな。

新しいアッパーは強度がありそうですね。
ケースも硬そう。

モータ
KIMG0018.jpg
左から40XXハイトルク、2572、2552/42
2572のモータは少し短くなってますね。
コレでドール等の細さを求める人が欲しそうですね~:)

ポテンション
KIMG0021.jpg
コレは今までと同じものみたい。

ポテンションの固定部分は2552/42と同じみたいです。
DSC06048.jpg


表面
DSC06034.jpg

裏面
DSC06033.jpg
2個のコネクターがモータの裏面にあたってるので少し変えればもっと薄く出来ると思うけど。
ドール系の人でそのまま付ける人は居ないかな。

基板の半分ぐらいは切っても良さそう。
マイコンの電源と、LEDをどこかに持っていけばね:)


マイコン
DSC06032.jpg
マイコンはPIC16F690みたいです。
786からPICだったので可能性を感じますね。


モータの抜き方。
バイスがあれば大体出来ますよ。
アッパーを裏に被せて、ファーストとセカンドの軸をバイスで押して行くと簡単に抜けるよ。

抜き方1
KIMG0013.jpg
抜き方2
KIMG0014.jpg
こんな感じ
KIMG0016.jpg
でも、この抜き方はケースが少し割れる。
まあ使用には問題なさそうだけど。
KIMG0019.jpg


KRS-2572(改)
SVL(Super Veloce Leggera)凄く早くて軽いって意味w
スペックは
 ○最高トルク:34.0kgf・cm
 ○最高スピード:0.076s/60°
 ○重量:58g

ちょっと雪降ってて気分良かったのと、マクソンが落ちてたから付けてみたのです:)

スピードテスト動画
トルクチェック動画

KIMG0023.jpg
まあコレはお遊びで作ったんだけどね~
なかなか良い性能でびっくりだ~
4034のトルクと4032のスピード重量は軽い。
なかなかな感じじゃないかな~

以上
ありがとうございました~

サーボトルクチェック(近藤科学編)

サーボのスペックを皆さん鵜呑みにしていますか?
自分は近藤サーボユーザーなので他はあまり知らないのですが。
多分おんなじような物でしょう。

実測値の結果から言います。
12V時
KRS-4024    7~8kg・cm
KRS-4014/34 約35kg・cm
KRS-4013/33 約23kg・cm
KRS-6003    約50kg・cm
KRS-2552    約10kg・cm

確かKRS-788が4024と同じぐらいでした、7kg・cmぐらい。

約8V時
HS-M7990HT 約40kg・cm(友情出演)
(これ結構すごくないですか?)

測定器具はばねばかりと半径10cmのプーリです。
最初はただのロットだったのですが、自作サーボ仲間のナカヤンさんからプーリーの方が正確だよ、とのアドバイスを受けてすぐにプーリーにしました。
電源は安定化電源です。

測定の様子。
KRS-4024 Ver.A7N (KRS-4024) 35kg・cm
TITAN-T6 トルク試験 100kg・cm 100kgサーボ

少し測定方法は違いますがこんな方も居ますよ。
金星☆ちゃんねる
苺サーボでヒューマノイドを作る その2

結果に対して何も言うことは有りません。(6xx3はちょっと酷いかな。)
まあこんなところですかね、今回は近藤サーボだけでしたが(一部ハイテックも)他のサーボも試してみたいです。

(この結果を使ってロボットを作って動かなくても責任は一切取りませんよ。)
プロフィール

matsuno hiroyuki 

Author:matsuno hiroyuki 
PROTO-TYPE

中部でものづくりをしている者です。
かわロボ、ROBO-ONE、BRAVEなど出場しています。
サイクロ減速機、自作サーボなども作っています。

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