ANIPOV2020

俺の⾃転⾞が光って絵が出る

2020-10-03,04 Maker Faire Tokyo 2020
Suns & Moon Laboratory
https://www.s-m-l.org
https://www.s-m-l.org/anipov.html
Twitter @mikekoma
Maker Faire Tokyo2020公式
https://makezine.jp/event/mft2020/

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https://www.s-m-l.org/mft2020/mftokyo2020_ANIPOV2020.pdf

名称
ANIPOVANIPOVmagic
ANIPOV⼑これは何︖「ANIPOV」

⾃転⾞のホイールにLEDを搭載して、画像や動画を表⽰する装置です。
「ANIPOVmagic」
⼿持ちで魔法陣を展開するためのデバイスです。
「ANIPOV⼑」
ANIPOVの基板とソフト使えば簡単にできるかなと安易に考えて作ったら、凄く苦労してます。後悔しちゃうくらい。

Q:なんで⾒えるの︖
A:ふふふ、それは残像だ。

物を⾒たときに、短い時間⽬に⾒えたものが残る現象があります。この現象を残像と⾔います。
LEDは12本の列しかないのですが、LEDの列を速く回転することにより残像のおかげで⼀つの画像として⾒ることができます。
(20インチ)17Km/hの時、ホイール回転数は3回転/秒(27インチ)23Km/hの時、ホイール回転数は3回転/秒

LEDが12列付いているので、3回転x12列=36Hz
リフレッシュレートは36Hzになります。
※当然、⾛⾏速度によってリフレッシュレートは変化します。
参考︓POV - Persistence Of Vision https://www.s-m-l.org/pov.html

開発動機

⾃転⾞を買おうと思う→ネットで⾃転⾞探す→LadyAdaのSpokePOV⾒つける。
http://www.ladyada.net/make/spokepov/
特にパックマンの絵で、前輪がモンスター、後輪がパックマンのGIFアニメ、おおっと思った。
ただ、単⾊だったのでカラーのを作ろうと。
ついでにアニメーションしたら完璧じゃないかと妄想して開発開始。
↓
魔法陣出来そう→ANIPOVmagic↓剣にして振れば絵がでるんじゃない︖→ANIPOV⼑解説CPUATMega168
電源電圧の変動に強いので、乾電池直結でいける。
開発はC++↓
LPC1114なんか世の中ARMだぜみたいなのりで採⽤。新しいもの随時取り⼊れるためというのもある。
開発はC
ぶっちゃけC++使えなくなって開発⾃体は不便になった。
clib?だったかがでかくて⼊らなかったのが原因。
タイマーが32ビットなのは時間計測が凄く楽で良かった↓
ESP-WROOM-32
・WiFi使えるので採⽤した。⾃転⾞に取り付けた状態で有線接続は⾯倒。
・メモリが潤沢(ATMegaやLPC1114と⽐較すれば)・Arduinoでの開発(今までは普通にCとかC++)
・Rev0のチップバグにかなりはまった。

LED

LEDをLEDドライバ(PWM無し)で駆動8⾊しか出せない。頑張って16⾊くらい。
LEDをグラインダーで削ったりしてみた(光を拡散させるためと、チェーンに当たらないようにするため)↓
LEDをLEDドライバ(PWM)で駆動
フルカラーになった。が、データ作成が⾯倒になったのと、データ量が増えた。ざっと8倍。
LEDドライバがあるので、どうしてもLED基板が⼤きくなってしまう。
↓LEDをWS2812BのテープLEDへ変更
・LED基板が⼩さくなってかっこよく︕
・WS2812Bの転送速度が遅いので、12本別駆動。そのためにFPGAを採⽤。
・テープLEDの固定に難儀。両⾯テープ固定でも気を付けないとすぐ剥がれる。
・WS2812Bは明るすぎて電流⾷い過ぎが弱点。が、それを補って余りある価格と⼩型化。
↓
LED駆動⽤にFPGA Lattice MachXO2 1200を採⽤・SPI→WS2812Bの変換
・1ライン分のバッファ↓!new2020! HD107Sに変更
・WS2812はPWM周期が遅い(400Hz)ので、PWMが⾒えてしまう・HD107S周期が速い(26KHz以上)
・Global Brightnessが使える
・HD107Sはパスコン不要
・HD107Sってどこがオリジナルなんだろう(誰か知っていたら教えて下さい)
LED駆動⽤にFPGA Lattice MachXO2 1200を使⽤・SPI1系統→12系統への振り分け

電源

単三電池x3本・安全確実・⼊⼿性良い・重い↓
電源を無線給電に変更
・魔⽅陣や扇⾵機では採⽤していたが、⾃転⾞では今回初・取付には3Dプリンタで出⼒したブラケットが活躍
・展⽰中に電池切れを気にしなくても良い︕
・今回AC給電のみなので⾃⾛不可...次回は⾃⾛可能にしたい
・無線給電はSeeedの5V1Aモジュール
・回転部分の軽量化(電池は重い)・取り付けが⾯倒(⾯合わせ、軸を通す)↓
無線給電は取付が⾯倒という事から電池に変更。
18650x2 + DCDCコンバータ(5V出⼒)
売ってる18650がものによって⻑さが違う...
正規ルートで18650購⼊出来ないので、品質が⼼配。
↓!new2020! 電池を近藤科学のLi-Feに変更
近藤科学 ROBOパワーセル F2-1450タイプ (Li-fe)を2個直列で使⽤
https://kondo-robot.com/product/life_f2_1450
・⼊⼿性が良い・信頼性(18650は出処不明なのしか⼊⼿出来ない)。ロボットでがしがし動かしてるから⼤丈夫じゃないかという期待。
・コネクタがVH2ピンなので、基板コネクタで受電可能。ラジコンによくある端⼦だとケーブル接続しかできない(と思う・2セルがあるので、2個直列にして13.2VなのでDCDCで5Vに落としやすい

消費電⼒

WS2812Bに変更して消費電⼒アップ

1LED max50mAらしいので、24灯x12本x両⾯⇒0.05x24x12x2=28.8A ええぇぇ...。⽩点灯はさけてるけど怖い…
↓!new2020! HD107S
1個0.2W(MAX1W)ということは︖
24灯x12本x両⾯⇒0.2Wx16x12x2=76.8W ええぇぇ...。
13Vでも5A。5Vで15Aか。DCDCが厳しいか
F2-1450のCレートは連続20C→1.45x20=29A。電池はいける...
1Wでの計算はやめとこう

固定⽤ブラケット・⼩さい物はFlashforge Adventurer3で作成。基本安定動作するので安⼼。
・⼤物はAnycubic CHIRONで作成。400mm x 400mm x 450mmまで造形可能。

設計・開発ツール

・回路と基板設計はEAGLE Version6.6.0(Autodeskに買収される前)・メカ設計はFusion360
・マイコンのソフトはArduino(ESP32)
・PC側はDelphiで画像作成・変換・WiFi転送のアプリを作成
・CPLDはLattice DiamondでVerilog使って開発。VHDLしらないから...

主要部品⼊⼿先・部品購⼊は秋⽉,マルツ,RSオンライン,digikey,RS,aliexpressで購⼊
・PCB製造はPCBgogo,PCBway,P板.com,2020の基板はFusion PCBAで実装まで
・3DプリンタはCHIRONとAdventurer3を使⽤部品実装
⼿付け↓
トースターリフロー
https://www.s-m-l.org/toasterreﬂow.html↓!new2020! ・2020の基板はFusion PCBAで実装までやった。お⾦と納期はかかるが、品質は良かった。

ブロック図

ネタ

・開発開始と同時にMonkeyLight Proが発表されてやる気無くすも、当時$2,000-だったので、やっぱり作ろうと思い直す。
・最初の基板は、FETが燃えた︕で、やる気無くすもMakeTokyoMeeting3をネットで⾒て俄然やる気を取り戻す。
・当初は⾃転⾞買おうと思って始めたのに、開発にお⾦使ってしまったので⾃転⾞買ったのは結局1年後だった。
・暗い夜道の通勤を楽しくしようと思って開発したのに、会社辞めたので通勤の必要無くなった。
・趣味で作っていたのだが、製品化して販売した。
・気が付けば11年も作っている(2020年10⽉現在)

苦労
LEDが多いので試作するときに実装が⼤変
⼿実装↓
捨て基板にLED位置合わせ治具作って凄く楽になった↓
トースターリフローするためにトースター改造
https://www.s-m-l.org/toasterreﬂow.html
⼿実装から解放された↓
テープLEDにしたのでLED実装から解放された↓
実装サービスを利⽤したらちょー楽だった。(Fusion PCBA)

デバッグが⼤変

・回転しないと絵が出ないが、回転させるとICEつなげない。
・⾃転⾞に付けてしまうとオシロつなぐとか出来ない。⼀度デバッグの為だけに無線ロガーを作成した。
・⾃分が⾃転⾞に乗って⾛っても、⾒た⽬を確認出来ない。

部品代が⾼いLEDを⼤量に使うので、部品代が⾼い(aliexpress購⼊で安くなった)↓LEDブレード本数を12本とかにして増やしたので結局数が多くて...

製品版「ANIPOV」

展⽰物とは違うのですが、2012年に製品として「ANIPOV」という名前で販売しています。(在庫僅少)

取り扱いショップ
amazon http://www.amazon.co.jp
BTOS http://btoshop.jp

今後の予定(妄想)LED基板をスポークに⾒えるくらい細くする。

その理由はこちら↓

出展︓ヤングキングアワーズ 2018年4⽉号「はやめブラストギア」
完結しているので、ぜひ安⼼して全巻読んでください。

ロードバイクバトル漫画です。
いつかそのうちスポークだけで出来るようにしたいものですw

動画素材
カウントダウンGO

虹︓cue_ink / PIXTA(ピクスタ)

アフリカの草原・サバンナ

ループ︓millionreason / PIXTA(ピクスタ)

平⾯POVいろいろ
Monkey Light Pro $995
https://www.monkeylectric.com/monkey_light_pro/
ANIPOVとほぼ同時期(実際はMonkeyLightの⽅が先だと思う)開発開始
何世代かバージョンアップされてて、これはKickstarterでやったバージョン。
XuanWheeel
http://ixuanlun.com/en/indexEn.html
これも相当すごい。
取り付けからなにから良く出来てる(と思う。実物はみてない)値段が安い。安すぎる。
Anvii Wheel Lights
http://www.anvii.com/store/CoolStyle_wheel_AD/index.php
そこそこ前からあったと思います。

LadyAda SpokePOV
http://www.ladyada.net/make/spokepov/
開発のきっかけになった製品。この中では⼀番古い。
HYPERVISION
https://hypervsn.com/
街中でもみかける空中に浮いた映像表⽰してるやつ。
浮遊ぽいLED回転ディスプレイの先駆け。
当初はkino-moていう名前でやってたはず。
コンセプトとしては⾃転⾞⽤もあったが、その後を⾒かけないので製品化前にやめたっぽい。
↓こちらにいろいろhttps://www.s-m-l.org/pov.html

開発履歴2009-04 開発開始 【ANIPOVキット revA】
2009-08 基板炎上
2009-10 MTMに向けて再開 【ANIPOVキット revB】
2009-11 MTM04にて展⽰(初公開)----------------------------------------------------------------2010-05 MTM05 ⾃転⾞購⼊(開発開始から1年以上経過)2010-09 MOM1【ANIPOVキット revC】
2010-11 MTM06----------------------------------------------------------------2011-04 基板改版 【ANIPOVキット revD】
2011-06 Badapple 【ANIPOVキット revE】
2011-10 ニコニコ技術⽂化祭(@東⼯⼤)
2011-11 MTM07
2011-12 【ANIPOV製品版開発開始】----------------------------------------------------------------2012-08 MOM2012
2012-10 NT名古屋
2012-10 Nico-tech EXPO2012(@東⼯⼤)
2012-10 NODE WORKSHOP
2012-12 MFT2012
2012-01 【ANIPOV製品版発売 】
2012-12 東京ペディション----------------------------------------------------------------2013-03 NT京都
2013-04 にこつく3(ニコニコ超会議2)2013-11 MakerFaireTokyo2013【ANIPOVmini】LPC1114----------------------------------------------------------------2014-03 NT京都
2014-04 にこツク4(ニコニコ超会議3)2014-08 Ogaki Mini Maker Faire
2014-10 NT名古屋
2014-11 MakerFaierTokyo2014(ビッグサイト)----------------------------------------------------------------2015-08 MakerFaireTokyo2015-----------------------------------------------------------------

2016-08 MakerFaireTokyo2016 【ANIPOVmax】
2016-10 NT名古屋にてANIPOVfan 【ANIPOVfan revA】
2016-12 Ogaki Mini Maker Faire2016【ANIPOVfan revB】----------------------------------------------------------------2017-08 Maker Faire Tokyo 2017【ANIPOVfan revB】
2017-09 NT名古屋----------------------------------------------------------------2018-08 Maker Faire Tokyo2018【ANIPOV2018,ANIPOV⼑】ESP32,LED駆動をCPUx12
2018-10 NT名古屋
2018-12 Oogaki Mini Maker Faier2018【ANIPOV⼑ mech v2】----------------------------------------------------------------2019-05 Maker Faire Kyoto2019 【ANIPOV⼑ mech v3】
2019-08 Maker Faire Tokyo2019 【ANIPOV2019】LED駆動をFPGAx1に変更----------------------------------------------------------------2020-10 Maker Faire Tokyo2020 【ANIPOV2020】LEDをHD107Sに変更。電池をLi-Feに変更
end.