Energy harvesting 環境発電＆蓄電:　以下は，Webで公開されている情報を頼りに，振動発電系のセットアップを行うための忘備録です。

種々電子素子の入手先，仕様，使い方，特性，実際の計測データ等々，私同様にゼロから振動発電系を組んでみたい方がいらっしゃった場合も考えて，

できるだけわかりやすく記録しておきたいため，出典のURLとともに図表等を直リンク（ダイレクトリンク）させていただくこともあるかもしれません。

直リンク等に問題がある場合には削除いたしますので，御指摘ください。よろしくお願い申し上げます。

振動発電＆蓄電用実験系の準備 No.3

［６］圧電効果による振動発電：モーションコントローラーカード

精度が求められる用途でのステッピングモーター駆動の自動ステージの制御には，クローズドループ制御のコントローラーが用いられるが，その場合には，直動自動ステージあるいは回転ステージとステージコントローラーのセットで数十万円の経費が必要となり，また，そういったクローズドループ制御の製品のフィードバック制御は，各社独自規格のハードとプログラミングのフォーマットとなっていることがほとんどで，共通性がない場合が多い。これに対して，普及価格帯の３Dプリンター等では，オープンループ制御であることがほとんどで，プログラミング言語も，CNC機器において共通性の高いGコードでコンピューター制御できることが多い。その場合には，各社の様々な機器の組み合わせが可能で，選択肢も多く，また経費的にも非常に負担が少なくできることが多い。これまでに，ステージ駆動型のレーザー描画装置を種々作成してきた経験においては，Gコードを用いたオープンループ制御であっても，自動ステージの精度に依存するものの，数ミクロンレベルの描画分解能を得ることは難しくなかった。

前頁の ”振動発電＆蓄電用実験系の準備 No.２”での，ステッピングモータとドライバーのコンピューター制御には，以下にようなモーションコントローラーカードを使用することができ，それらの価格はネット通販では数千円といったところで，非常に廉価であるものの，これらでも数ミクロンレベルの制御は可能なので，今回の振動発電実験のためのステッピングモータ駆動系の制作においては十分な特性だと思う。

上記のモーションコントローラーカードの違いは，PCとのインターフェースがパラレルかシリアルかという点で，やはり，データ転送が並行して送られるパラレルのほうが，信号が1つずつ順番に送られるシリアルよりも制御動作が機敏で（体感ではそれほど違いを感じない），高速なステージ動作を求める場合には，デスクトップPCの拡張スロットにパラレルインターフェースカードを刺して使っている。この場合，WindowsのOSは，Windows7 32bitに限定されてしまう。しかし，機器制御専用でWindows7マシン（しかも32bit，しかも，ある種のWindows updateを回避する必要のある）を保持している方は少ないかもしれない。

図３－２のUSB接続型のモーションコントローラーカードは，Windows 10や11でも問題なく動作する。また，Mach3では，ディスクトップPCが推奨され，ノートPCを使ってはいけないということが言われるが，このモーションコントローラーカードを種々ノートPCで使った経験からは，今のところ不具合には遭遇していない。ただ，工作機器等の安全性が求められ優先される機器においては，ディスクトップPCで使用したほうが良いと思われる。

以下に，図３－２のUSB型のモーションコントローラーカードの電気配線図とマニュアルのpdfファイルを閲覧できるようにした。最近Amazonで販売されているものでは，USBドライバーファイル，マニュアル等が記録されたCDが付属していないものがあったため，以前にAliexpressから購入したカードに付属していた資料をダウンロード・プリント不可設定で共有させていただいた。（問題がある場合には御指摘ください。削除いたします）

USB接続型のモーションコントローラーカードを使い場合の注意点の一つとして，

マニュアル 8ページ 1.3.2 Installing the motion card plugin  に説明されているように，USB接続用のドライバRnRMotion.dllを，MachのPlugIns フォルダーに入れておく必要がある。そして，マニュアル9ページにあるように，Mach3の起動時に，RnRMOTIONCONTROLLERECO－V2.0を 選択する。

また，Mach3メニューのConfig/Ports and Pinsで，マニュアル9～14の設定を行う必要がある。モーションコントローラーカードにCDが付属している商品では，面倒な初期設定がすでにセット済みのMach3Mill.xmlが用意されているものもあったので，そういったものを探して購入するほうが良いかもしれない。

電気配線図に関しては，以下の図にあるように，モーションコントローラーカードに24V電源を接続し（24VアダプターでもOK），4軸ある（X, Y, Z, A) 1パルス（Step（下図ではPULで表示）/Dir信号）を，ステッピングモータドライバに入力する（下記の電気配線図は，2相モータの場合の配線になっているようなので，コネクタの結線は，実際のモータドライバーのマニュアルを参照）。

（上記の説明ではわかりづらい点も多々あると思いますので，ホームページの「お問い合わせ」からご質問いただければ，できる範囲で対応いたします。）

-------MACH3用のGコード繰り返しルーティンの例-----------

（2024.4.14）

Gコードは共通性は高いものの，それぞれのハード＆ソフトで若干の癖があるようです。

以下にMACH3で，ステッピングモーターを#1の角度で前方及び後方に回転するプロセスを100回繰り返すGコードの例を示しました。

回転角のパラメータ#1は，ステッピングモーターのステップ角（通常，1回転500ステップで0.72度/ステップ）およびドライバーの分割数（以下の場合，ドライバーで1ステップの角度を1/10に電気分割設定），MACH３でのConfig/Motor Tuningの設定で異なってきます。

（）で囲まれた部分はコメント(rem)になりますが，日本語が入ると複雑にエラーが出るようです。

また，G01 A[0-#1] の部分，G01 A[-#1] やG01 A-#1とするとエラーが出てしまい，訳が分からず苦労しました。

ちなみに余談ですが，G01はG1でもよいのですが，G1だと複雑に不都合（一言で言えない）が出てくるのでG01を使っています。

いろいろと癖があるので，試行錯誤するしかないです。

以下のGコードで，Fの値や#1を変えると，振動発電の振動数が変わります。以下は，１Hzの場合の例です（使用するステッピングモーターやモーターに取り付けたアームの長さ等でパラメータ設定は異なってきます。）

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%

(---------parameter setting-----------)

(G-code program for MACH3 using A-axis)

G90(absolute coordinate)

G21(mm unit)

#1=0.1(A-axis 10mm=360deg,0.1mm=3.6deg rotating depending on stepping motor)

#2=100(Repeat routine cycle No)

F12(mm/min=12x36deg/min)

G01 A0(return to zero position of A-axis)

G91(relative coordinate)

(---------repeat routine-----------)

M98 P1 L#2(repeat routine, goto O1)

M98 P2(End routine, goto O2)

O1

G01 A#1(forward rotation by #1)

G01 A[0-#1](backward rotation by #1)

M99

(---------end routine-----------)

O2

G90(Absolute coordinate)

G01 A0(Return to zero position of A-axis)

M30(End and rewind)

%

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（2024.4.11）

以下のMachsupport Forumにあるリンクで，

 USB接続用のドライバRnRMotion.dllがダウンロードできるようです（現時点では）。

Topic: Mach3 with Win7 Laptop USB Controller.  (Read 21126 times)

https://www.machsupport.com/forum/index.php?topic=38122.10

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電気配線図: Mach3 USB モーションコントローラーカード

マニュアル: Mach3 USB モーションコントローラーカード