MPU-6050基板作ってみた(前半)基板設計

ロケットなど飛翔体の姿勢計測を気軽な値段でなんとかならないかと思案している今日この頃です。(もっと他にやらないといけないことがあるけど・・・w

その中で目をつけているのがInvenSence社のMPU-6000というセンサーです。

SparkfunからMPU-6050という型番違いのセンサは売られているのですが、これはインターフェイスがI2Cだけなので高速サンプリングを考えてSPIも対応しているMPU-6000を使って動きの早いものの姿勢を計測したいと考えていました。

MPU-6000が発売されたタイミングでTOIDAさんがInvenSenceから購入するということで複数人で共同購入しました。

同時にTOIDAさんが試しに使っていたMPU-6050のRev.Cがなぜか加速度のレンジが2倍になっている(最大±16Gのはずが±32G)になっているということからロケットなどに使えるのではないかということでMPU-6050を譲ってもらいました。

そこで以下のような基板を作ってみました。

  • 加速度ジャイロはMPU-6050
  • 地磁気はHMC5883L
  • 気圧計はMPL115A2
  • 以上をI2Cで外に出す

加速度ジャイロと地磁気以外は秋月で買える部品にしようとした結果、かなり微妙な基板になったのですが、これのハンダ付けをどうしようか悩んで試行錯誤したのでそれは後半に書こうと思います。

写真はFusionPCBに発注かけて2枚しか使う予定無いのに18枚届いてテンションあがったところです。

参考

市販品でセンサは違うけど近いものとしてはこのようなものがありました。

http://www.pololu.com/catalog/product/1265

今後やりたいことは全部下のリンク先のもの十分という市販品もありますが、勉強のために自作することは悪いことではないかと思っているところです。

http://www.pololu.com/catalog/product/1256

http://www.pololu.com/catalog/product/1255

2012年3月CREATE大島での打ち上げ

研究室のタスクがそこそこあって、就職活動などしていて久々の更新。

3月18日に伊豆大島の裏砂漠で所属しているロケットサークルCREATEの打ち上げを行って来ました。

CREATEという名前で活動し始めてから3機目の打ち上げでした。

1機目は2011年の6月に打ち上げ、パラシュート分離が動かず弾道飛行で大破、

2機目は2011年の8月に打ち上げ、こんな感じでした

今回の打ち上げ

今回の打ち上げの目玉は

自作のハイブリッドロケットと缶サットの1サークル内での同時開発。

缶サット

缶サットは詳しくは以下のリンクのPDFにあります。

G-Sat2制作・運用報告書(Googleドキュメント上のPDF)

簡単に言うと中に無重力を作ろうという缶サット。

  • ロケットの放出から安定させるための機構
  • 展開式の翼
  • CFRPやレーザー加工されたアクリルを使った軽量構造
  • リアクションホイールでのロール方向の制御

が目玉な缶サットでした。

手前味噌ではあるけどすごい缶サットです。

ロケット

使用エンジンはHyperTEKのJ型のもの。

ロケットの方はCFRP(カーボン繊維強化複合材料)で主な部分は厚み0.4mmでネジ止めなど応力が集中的にかかる部分は厚み1.2mmでプリプレグから自作しました。

分離機構は新規設計で開発しようとしたが、信頼性のために実績のある分離機構を制作した。

結果

エンジ色の機体をランチャーにセット。

点火とランチャー離脱。

飛翔の頂点でG-Sat2を放出し、パラシュート展開

G-Sat2もキレイに放出され、分離。

ロケット内部の計器は構造を作らずにむき出しにしていたために、着陸の際に衝撃で壊れ、データ取れなかったが、それ以外はロケットエンジン・ロケット構造・缶サットが完璧な動作の打ち上げでした。

制作した全員が打ち上げに行けたわけではないが、伊豆大島からの帰りの船と一緒にメンバーで記念撮影

ロケット用センサーボードに部品実装してみた

電子工作ネタの進捗です。

以前MTM07にこっそり展示していたセンサボードですが、回路に不備があったのでRev.Bを発注した後、部品を実装してみました。

かっこ良くできたのでお気に入りです。

加速度センサとジャイロセンサのハンダ付けが難しく時間がかかりましたがホットエアーを使用して、その他は手ハンダで実装しました。

実装の後、TinyFeatherというオートパイロットシステムの一部として使えるようにという計画の下、Fenrirさんの秘密基地にお邪魔して火入れを行いました。

デバッグ用にコネクタを作って、Arduinoに繋げて動くかどうか試験を行なっています。

ひっくり返したり振ったりしてみると、それっぽい値は出ているので一安心です。

ロケット用センサボード設計した【MTM07に出展予定】

趣味の電子工作ネタ。ブログの文体を統一できない系男子です。

今週末東京工業大学で行われるMake Tokyo Meeting(MTM07)という素人?の電子工作やなんだか面白いものを作ってる人の展示会に『はかるひと』という団体名で『加速度ジャイロ』の展示をします。

fenrirさんHirakuTOIDA さん両氏がすごいもの展示するのに混ざる形です。

設計したもの

今自分たちが作っているようなロケットやモデルロケットは瞬間的な加速度や勢い良くスピンしたりすることがあってそういうところを計測できると機体の特性がよくわかったり、エンジンの特性がわかったり色々なことがわかります。精度も上がればロケットの姿勢がわかるので制御みたいなことの礎になります。

ただ、現在sparkfunなどで安く売られている慣性計測装置(IMU)と呼ばれるものはデータ取得間隔が広すぎて瞬間的な値がわからなかったり、高加速度は得られなかったりします。

ここらへんを上手く取れるように使いやすいセンサボードを設計してみました。

Super SylphideやTiny Featherという無人航空機(UAV)用のオートパイロット装置を開発しているfenrirさんを師匠として、Tiny Featherの拡張モジュールとして設計しました。

飛行機用だったTiny Featherをロケット用にも使えるようにするというプロジェクトです。

高性能なTiny Featherに載っかることによってスーパーなことができるようになるはずです。

専用の拡張モジュールとしてだけではなく、レギュレータで電圧を落としているので3.3Vから5Vまで入力電圧が使えるし、SPIで出力しているので汎用性は高くなっています。適当なマイコンに繋げてやってデータを取ることができます。

今はFusion PCBに基板を発注、Digikeyに部品発注で共に到着待ちの段階です。

MTMは今週末なのにまだ届いてないということで、がんばっても動いているところは展示できるかどうかってところだけど、一緒に展示している人たちがすごすぎるのでいいかなぁっと笑

測れるもの

  • 加速度 ±19[G]
  • 角速度 500[deg/sec]
  • 気圧(絶対圧) 平地から高度14kmぐらいまで(よくわかんない)
  • アナログ出力の外付けセンサ6ch

これらを高分解能な16bit精度で1秒間に1000回以上測れる予定です。

大きさも長辺5cm、短辺3.5cm程度なのでかなり小さいです。

PCB

基板のミスがあって早速Rev.Bを頼まないといけないと思っているところです。

複数枚作る予定なので、サポートも何も出来ないけど必要な人買ってくれないかなぁ。

無線で使えるものだとかなり高いみたいだし、お安くするのになぁ

これの簡易版みたいな感じですね

能代宇宙イベント2011の思い出その2 UNISTAR打ち上げ編

8月のことを11月の今更書くのはちょっと恥ずかしいけど、今年の活動をまとめる時期かなぁと思って書いてみる。

能代宇宙イベントの中でUNISEC(大学で宇宙系のことをやってる団体の集まり)のプロジェクトとしてUNISTAR(ユニスター)というものがあった。

途中からだけど参加して良い経験を得られた。

UNISTARの目的

http://unisonspace.blogspot.com/2011/10/unistarproject.html

に書いてあるんだけど、

  • 学生ロケット団体間の技術交流
  • 缶サットとロケットの交流
  • テクノロジートランスファー

の3本柱。大学生でロケット作っている団体って両手に収まるぐらいはある。各地の学生ロケット団体が方針が違う・日数が少ない・自分たちのプロジェクトと同時並行・技術力()が違う、ということを乗り越えて1つのロケットを作り上げる!っていう熱いプロジェクトだった。

自分は当初は関わる予定はなく、サークルの後輩に参加させて他のところの技術なりプロジェクト運営方法なりを盗んできて欲しいなぁと緩く考えていた。

計画と製作

当初の予定では2機製作し、4発打ち上げる予定だった。

ペイロードにはΦ150の缶サットが入るように設計されていた。能代で打ち上がるものしてはちょっと大きめのサイズ。

これはARLISSというアメリカの砂漠でロケットを打ち上げてそのペイロードで各種競技をすることが「日本で」できるようにみたいな意図があった。

比較的大きなペイロードを積む割に、能代宇宙イベントでは限界の400mまで上げて、かつエンジンをロケット団体でよく使われているHyperTEK社のものを使うということとなった。これによってかなり厳しい軽量化要求があった。

そんな中、経験値の高い設計者の力や東海大の技術によって、すごく良い物が作れていた。(自分は何もしてない笑)

写真はダミーのペイロードを載せているところと分離開放機構部分。

1発目の失敗

8月22日UNISTAR1機目打ち上げ。この機体のペイロードはダミーのものだった。この打ち上げに成功すれば次の打ち上げで東工大松永研の缶サットを搭載する予定だった。

綺麗に打ち上げるものの、上昇途中で分離機構によって分離されるはずの部分(フェアリング)が外れるトラブルが起こった。しかもロケットのパラシュートと缶サットのパラシュートが絡まってしまった。

パラシュートは開いているものの落下ですぐには修復できない程度まで壊れてしまった。

すぐに原因究明されて、分離機構の不具合と軽量化しすぎのためにフィンの剛性不足だとわかった。

2機目の改造

その日夜の代表者会議でUNISTARプロジェクトをこれで手打ちにするか、どうかが議論された。

自分たちのチームは前日までに打ち上げが終わっていたが、他のところはこの後自分たちの打ち上げがあって人手が出せないこと、すぐに改修するのは大変だろうということで2機目の打ち上げを中止するかっ!という話しになった。

ここまで自分は参加もせずにぼんやり聞いていただけだったが中止にするにはあまりにも勿体無いものだと思っていたので、改修は任せてもらって2機目を打ち上げようと提案した。

みんな打ち上げたいという思いはあったので2機目も打ち上げることになった。

次の打ち上げまでは丸2日しかなく動ける人も少なかったので自分も本格的に動いた。2機目打ち上げを決めた次の瞬間には改造案を元に、近くのホームセンターが閉まるギリギリで駆け込んだぐらいだった。

2日間の真夜中まで続く作業でなんとか改良ができた。

具体的にはフィンの部分をホームセンターのスチール棚のから切り出して作った。それに金属部品修理用のエポキシパテをつかってフィンの剛性を上げた。

2機目打ち上げ

小雨の中、各大学の担当が気合をいれて準備が進められ2機目の打ち上げの準備がされた。

打ち上げ前がみんなの緊張感と盛り上がりが最高に達していた。

これ以上ないってぐらいの美しい打ち上げだった。まっすぐキレイに飛んでいった。

きちんと頂点でパラシュートがひらいて缶サットもまっすぐ降りてきた。

高くまで上がったのにランチャーのすぐ脇に降りてきた。

まとめ

打ち上げは完璧に成功だった。技術交流もかなり達成されて、すごく良いプロジェクトだった。目的の1つである缶サットとの交流はこの場所では出来なかったが、このあと缶サットを載せつつもりだった東工大松永研のプロジェクトチームがうちのチームに合流することになったことを考えると、もう1つ目的は果たせたのかと思う。

途中参加で美味しいところを持って行ってしまった感じになったが、みんなで1つのものを作って成功させる。それもかなり困難がある中、次に繋がる可能性のあるプロジェクトに参加できたことはとても良かった。