サーボによる制御
ＮＡＴＯＣは双葉電子工業のRS30xシリーズのサーボをＰＣとＮゲージのインターフェイスとしてサポートしています。
このサーボーはコマンド制御が可能でコンピュータから直接制御する事ができます。(レベル変換にボードが必要)
このシリーズのRS304MDは市販されて中で一番安いモデルですがデアゴスティーニの週刊ロボゼロに付属しているサーボ(RS306MD)を使えばより安く接続する事ができます。
従来のＩ/Ｏコントローラによる制御と組み合わせる事が可能です。
Ｉ/Ｏコントローラだけでは列車の速度制御は行う事はできませんが、速度制御用のサーボを一個追加すれば列車の速度を制御する事ができます。
・シリアル変換ボード
このサーボは5V(TTLレベル)で動作するので直接ＰＣのＣＯＭポート(12V)に接続する事はできません。
そこで5V出力のUSBインターフェイスシリアル制御ボードを使用します。
弊社ではFT232RL(SWITCH SCIENCE)を動作検証しています。
FT232RL(変換ボード)とRS306MD(サーボ)は3本のジャンパー線で接続します。
FT232RLの出力は6PのコネクタですがこのうちのGND,5V,TXD(GNDと5Vの間はひとつ空きます)を使います。
FT232RLとPCはデジカメ接続などで使う標準のUSBケーブル(ミニB5Pin)で接続できます
RS306MDの入力は3Pのコネクタですが黒いリード線をGNDと真ん中の赤いリード線を5Vに端の赤いリード線をTXD(写真では黄色のジャンパー線)と接続します。
今回３つのサーボに接続するのでサーボ側のジャンパー線を３本共３本に分岐させます。
なお速度制御用のサーボを追加するだけなら分岐させる必要はありません。
上の写真はボード側に4Pコネクタを使っていますがジャンパー線でも構いません。
あとサーボに取り付ける部品としてサーボホーンと取り付けネジが必要です。
サーボホーンがBS3354、取り付けネジがBS0532という型番で双葉手電子から購入できます。
・速度制御用サーボ
鉄道模型少年時代24号に付属してきたコントローラーの改造を例にとって速度制御を行う方法を説明します。
レバーを外してそこにボリュームのツマミを取り付けます。
改造例ではサトーパーツのK80756R1という製品を使用しています。
他にもいろいろな種類のものがありますが次の様なポイントで選んでください。
・シャフト孔径が6.1mmφ
・サーボ軸にネジ止めしやすい構造
・加工がしやすい材質(フェノールまたはビニル)
・シャフト固定がネジ止め
・外形寸法があまり大きくない
まずサーボモータとコントローラを固定するためのフレーム板を取り付けます。
写真では1mm厚のエンビ板を使用しました。材質は何でも構いませんが加工しやすい物が良いでしょう。
ちなみこのエンビ板は折り曲げると割れるため熱して直角に曲げました。
上の図のようにフレーム板を加工します。
2mmの穴を右から8mm位の所に開けるのですがコントローラに取り付ける時に現物合わせで開けても構いません。
フレーム板は左から15mmの所で直角に折り曲げます。
折り曲げた短い方をサーボに当ててビス穴を開けます。
サーボの2本のネジは外しておきます。
この時サーボ軸がフレーム板の中央になるようにします。
またフレーム板に当たらないギリギリの位置にします。
両面テープで固定しておくとズレなくてやり易いと思います。
サーボの裏からピンバイスでフレーム板にビス穴をの位置に印を付けます。
ドリルの径があまり太いとサーボのネジ山をつぶす可能性があるのでなるべく細い(1mm以下)ドリルを使ってください。
2つのビス穴の位置に印を付けたところでフレーム板からサーボを外し2mmのドリルでビス穴を開けます。
サーボに付属していた2本のビスでサーボをフレーム板に取り付けます。
フレーム板とサーボのビス穴が合わない場合はフレーム板のビス穴を広げたり開け直してください。
サーボとツマミはネジ留めにしますがそのままでは空回りするので間に抵抗の大きいものを挟みます。
今回ゴム板をワッシャー状にしたものを作りましたが両面テープを挟み込んでも構わないと思います。
ツマミに2mmの穴を開けます。
この時重要なのはなるべく中心開ける事です。
中心からズレてしまうとサーボの回転に支障をきたします。
コンパス等で正確に中心位置を割り出してください。
同じ大きさの歯車等があればそれを当てて穴を開けても構いません。
滑り止めを挟み込んでサボ軸にツマミをネジ止めします。
この時サーボはニュートラルの位置(サーボ軸の目印が上)にしておいてください。
またツマミの固定ネジはレンチが使いやすいように目印と反対側の位置に来るようにしてください。
六角レンチでツマミをコントローラのボリューム軸に固定します。
この時ボリュームの位置は丁度真ん中の角度にしておきます。
フレーム板を2mm位の木ネジでネジ留めします。フレーム板にはこの時に現物合わせで穴を開けても構いません。
コントローラ側には1.5mm程度の下穴を開けておけば作業がしやすくなります。
なおコントローラのビス穴は茶色のケースの上端と電池蓋の上端の中間位置にします。
もう少し簡単な改造方法を昭和の鉄道模型のコントローラーで紹介します。
市販のプラッチック消しゴム(厚さ14mm)をカッター等で20mm×20mmの大きさにカットします。
両面に両面テープ(強力)を貼っておきます。
コントローラーのハンドルを外しておきます。
ボリュームの位置は停止と最速の中間(鉄道模型の場合は切込みが右を向く)に回しておきます。
前述の方法でツマミを取り付けたサーボをボリュームの軸に差し込みます。
六角レンチでツマミを軸に固定してます。
この時サーボはニュートラルの位置にしておきます。
鉄道模型少年時代のコントローラーなどのサーボの位置が高い場合は厚さが20mmの消しゴムを使用するか消しゴムの方向を変えて設置します。
・列車制御用サーボ
サーボでスイッチを押して電源を制御します。
前進、後進、停止の制御を行うのには単にＯＮ／ＯＦＦだけでなく電流の向きも変更しなければいけないので3Pのマイクロスイッチが2個必要です。
マイクロスイッチにはいろいろいのな形状がありますがSS-5GL13-F(オムロン)等はヒンジが突起状に折れ曲がっているので適しています。
またスイッチを押すのに必要なトルクによって値段も異なりますが今回は強力なサーボの力で押すのでトルクを必要とするものでも構いません。
まずサーボモータにスイッチを取り付けるためのベース板を取り付けます。
写真では1mm厚のエンビ板を使用しています。材質は何でも構いませんがあまり厚いとサーボ軸の長さが足らなくなってしまいます。
上の図のようにベース板を加工します。
サーボ軸の穴は最初はサーボホーンの軸と同じ位の大きさ(8mm径)にしておいてビス穴の位置を決めてから10mmに広げた方がやりやすいかも知れません。
なおビス穴の位置は現物合わせでした方が確実だと思いますのでこの時点では開けません。
ペース板にサーボ軸を通してサーボホーンを取り付けます。
サーボの四隅のネジは外しておきます。
この時サーボがバラバラにならないように注意してください。
サーボの裏からピンバイスでベース板にビス穴をの位置に印を付けます。
ドリルの径があまり太いとサーボのネジ山をつぶす可能性があるのでなるべく細い(1mm以下)ドリルを使ってください。
４つのビス穴の位置に印を付けたところでペース板からサーボを外し2mmのドリルでビス穴を開けます。
サーボに付属していた４本のビスでサーボをベース板に取り付けます。
ベース板とサーボのビス穴が合わない場合はベース板のビス穴を広げたり開け直してください。
なおこの時サーボホーンはネジ止めせずに軽く差し込む程度にしてください。
次にサーボホーンを加工します。
赤線の部分をカッターなどでカットします。
硬いようであればニッパー等でカットしてください。
スムースに動くようカッターで角をなるぺく丸く整形してください。
正式にサーボホーンをサーボ軸に取り付けます。
この時サーボホーンとサーボ軸はニュートラル位置の印を合わせてください。
あまり奥に差し込むとサーボホーンとマイクロスイッチのヒンジの接触部分が小さくなるのでサーボーンは軽く差し込む程度にしてください。
同様に取り付けネジも締め付けないようにしてください。
次にマイクロスイッチの位置決めをします。
マイクロスイッチの位置は後で調整できるように両面テープ(強力)で貼り付けます。(必要に応じて位置が決まったらビスで固定してください)
マイクロスイッチは上の写真のようにサーボホーンの両脇に配置します。
サーボホーンを右90度および左90度回転させてそれぞれの位置でスイッチが押されるようにスイッチの距離を調整してください。
サーボホーンとスイッチの位置の関係は後の写真を参考にしてください。
次に配線をします。
配線はトミックスの延長コード(D.C.フィーダN用) 5813(品番)で行います。
延長コードは半分に切断します。
またスイッチ間の配線用として70mm程度のリード線が必要です(延長コードを切断)。
まずレイアウト側(メス)を両方のスイッチの一番下の端子(COM)に接続します。(写真下方向の赤線と白線)
次に電源側(オス)を右のスイッチの一番上の端子(NC)と真ん中の端子(NO)に接続します。(写真右方向の赤線と白線)
ここで注意するのは真ん中の端子とレイアウト側の端子を同じ極性にしてください。
右側のスイッチは押された時に正転になるようにしています。
左側のスイッチと右側のスイッチを配線します。
配線するのは一番上の端子(NC)と真ん中の端子(NO)どおしです。
左から停止(ニュートラル)、正転(90度)、逆転(-90度)の位置です。
正転と逆転の位置でそれぞれのスイッチが押されるようにします。
・ポイント制御用サーボ
TOMIXの電動ポイントの改造を例にとってポイント制御を行う方法を説明します。
電動ポイントを使いますが電気で切り替えないので手動ポイントや他のタイプのポイントでもできると思います。
まずポイントのツマミにロッドひっかける穴(0.6mm位)をピンバイスで開けます。
穴の位置は上から1.5mm位の中央に開けます。
あまり下だとロッドが線路にひっかかり動きにくくなります。
またあまり上だとツマミが割れてしまう可能性があります。
次にポイントとサーボをつなぐロッドを作成します。
今回は0.5mmのピアノ線を使いました。
ピアノ線を上図のように折り曲げます。
中央の山はサーボがポイントの稼動範囲を越えて作動してもポイントやサーボを壊さないようにするためのものです。
この山はレイアウトが建て込んでいる場合は垂直に立てても構いません。
なお今回はテスト用のレイアウトなのでちゃんとしたレイアウトに組み込む時はサーボを隠す等の工夫図が必要で、
それに応じてロッドの形状も変える必要があると思います。
左側のクランクをポイントのツマミに開けた穴に通します。
この時ロッドの先端がレールや枕木になるべく当たらないようにしてください。
次にもう片方のクランクをサーボホーンの穴に通します。
このサーボホーンをサーボ軸に取り付けます。
この時サーボはニュートラル位置にしておいてください。
またクランクを取り付けた穴は一番下に来るようにセットしてください。(90度の位置にサーボホーンの穴がないためサーボホーンの目印とサーボ軸の目印は合っていません)
サーボの設置位置を決めます。
サーボのニュートラル位置(ロッド位置が真下)での状態にしてポイントのツマミがスライドする丁度中間の位置に来るようにしてください。
なお切替時のサーボの角度は後からプログラムで調整できますのでそれほど厳密でなくても構いません。
位置が決まったら両面テープ(強力)でサーボを固定します。
実際のレイアウトに組み込む時は列車を列車制御用サーボで作ったベース板のようなものでレイアウトに固定する必要があると思います。
・サーボＩＤの変更とサーボの角度調整
設定メニュのサーボ制御設定コマンドでＩＤの変更とサーボの角度を調整を行います。
サーボ制御を行うにあたってはまずＣＯＭポートを設定します。
Windowsのコントロールパネルのデバイスマネージャで変換ボートのポートを確認します。
なお変換ボートのドライバーは製品マニュアル等に従ってインストールしておいてください。
ちなみにFT232RLの場合、Windows7 環境下では自動的にインストールされるようです。
ＣＯＭポートのプルダウンリストの中からデバイスマネージャで表示されたＣＯＭポートを選択します。
次にサーボＩＤを変更します。
３つのサーボをそれぞれ制御するために別のサーボＩＤを割り当てる必要があります。
工場出荷状態ではサーボＩＤには１が割り当てられています。
速度制御用のサーボはそのままで構いませんが、列車制御用とポイント制御用のサーボのサーボＩＤを２と３に変更します。(速度制御用サーボのみの場合はこの作業は必要ありません)
まず列車制御用のサーボのみ変換ボードに接続しておきます。
ダイアログの「列車制御」をチェックして「サーボID変更」ボタンをクリックします。
サーボのROMを書き換えるためサーボの接続が切れても変更されたサーボIDはそのまま保持されます。
同様にポイント制御用のサーボのみ変換ボードに接続しておき「ポイント制御」をチェックして「サーボID変更」ボタンをクリックします。
次に速度調整用サーボの角度を調整します。
速度はレイアウトや電源の電圧による変化するのでレイアウトに合わせた調整が必要です。
調整は実際に列車を走らせて行います。
「テスト走行(前進)」または「テスト走行(後進)」をチェックすると列車が走り出します。
「最低速角度」と「最高速角度」のスピンボタンで数値を上下させてそれぞれの速度を調整してください。
次にポイント制御用サーボの角度を調整します。
初期状態ではポイント調整用サーボの角度は最小限に設定されていますのでポイントが完全に動作しない可能性があります。
またレイアウトの形状により直進と分岐の値が逆の場合もあります。
「直進角度」と「分岐角度」のスピンボタンで数値を上下させてそれぞれの位置を調整してください。
数値を変更するとその角度にサーボは作動しますので実際にポイントの動作を見ながら調整する事ができます。
列車用サーボは通常調整しなくても構いませんが、スイッチが押せなかったり前進と後進が逆の場合は値を調整してください
サーボIDに戻したい時はこのダイアログの「工場出荷時に戻す」ボタンでサーボを元の状態に戻す事ができます。
その時も変更した時と同様に戻したいサーボのみを接続して変更したサーボの用途をダイアログにチェックしておきます。
サーボIDを間違えて変更した場合やサーボの用途を変更したい場合は一度工場出荷時に戻してから目的のサーボIDに変更してください。
自動運転を使って各サーボを動作させた動画です。
上記のリンクをクリックするとYouTubeに接続します。
ポイントを切り替えると同時にゆっくりホームに入線するように速度を落とすよう命令(何秒かけて何%の速度にする)しています。
カメラによる位置認識でホームの端に停車します。
タイマー機能を使って発車しますがこの時も最高速(100%)まで徐々にスピードを上げてるようプログラムしています。
途中で反転してプログラムを繰り返します。
速度変更のプログラミングについてはこちらを参照してください。
なお最高速度を上げるためコントローラの電源電圧を12Vにしています。
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