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レゴ GBC ボール工場 構造解説 

ボール工場の写真を撮ったので構造を解説します。今回は画像クリックで拡大します。
動画はこちら

lego_ball_factory1.jpg

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上から見たところです。

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回転テーブルやレールを取ったところです。

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動力の伝達経路をなぞってみました。赤い線がモーターの回転運動をそのまま伝えているラインです。
軸のねじれ防止のため、なるべく伝達先で減速するようにしています。
こうしてみると、改良の余地が大いにあるのが分かります。
基礎板に収めようとしているうちにこんな配置になりました。

lego_ball_factory5.jpg

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首振り動作するアームの機構部分のアップです。アームを上下させる1/4円のカムが分かりやすいと思います。

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往復運動発生装置のアップです。同じ機構を90度位相をずらして二台配置しています。

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これはプロトタイプです。チェーンの上側のギアで動力を伝えているのに対し、ロッドを押す部分が下側にあったためチェーンに負担がかかりやすかったです。これを下側のギアを駆動するように改良しました。

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レゴでスライダ(リニアガイド)を作る方法 

レゴで直線運動をさせたいときのガイドの作り方を4つほど紹介します。

・シャフトをそのままガイドにする方法

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最も簡単にスライダを作る方法です。実用的なストロークは10ポッチくらいまでです。
意外と滑らかで、自分はこの方法を多用しています。


・リフトアームでガイドを作る方法

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この方法は、大型でややストロークが長いスライダを作るときに使います。
写真はレゴ選別機のパーツ供給部分用に作った物です。ガタツキはやや大きいですが、強度が高いです。


・ジャッキ型

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いすの高さ調節に使われていたりする機構です。物を水平に保ったまま上下させたいときに使います。

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ボール工場のボールの供給部分のリフトにもこの機構を使っています。
マジックハンドのようにストロークを長くすることができます。直線運動を増幅するのにも使えます。


・ボールでガイドを作る方法

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引き出しのレールに使われていたりする機構です。転がり接触するので摩擦が少ないです。

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左端に移動させたところ

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右端に移動させたところ

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前から見たところ

使う玉はバスケットボールよりサッカーボールのほうが良いです。バスケットボールは表面の溝が深いので滑らかに動きません。
この方法はストロークは長めで、ガタツキも少なく、非常に滑らかですが、扱いが少し難しいです。

レゴ デルタロボット 

レゴでデルタロボットを作ってみました。作ったのはかなり前です。
デルタロボットはパラレルリンクで、普及しているシリアルリンクのロボットに比べて位置決め精度が高く、根元にアクチュエータを配置できるので先端を高速に動かすことができます。その代わり稼動範囲が狭いです。

これは工業用によく使われているタイプのデルタロボットです。

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3つの濃灰のリフトアームの角度によって先端の座標X,Y,Zが定まります。先端は常に水平に保たれます。独特で非常に面白い動きをします。これだけでも作る価値は十分にあります。

根元にNXTのモーターをつけてコントロールしてみましたがなかなか難しいです。

初めにNXTのモーターは出力軸のガタが非常に大きいので、そのままつけると全く精度が出ないです。
ウォームギアで減速するとガタは無くなりますが、動作が遅くなりせっかくのパラレルリンクの長所が無くなってしまいます。レゴに精度とすばやさを求めてはいけないことは分かっているんですが、つい癖が出てしまいます。

次にこれをNXTでコントロールするには、根元のモーターの角度θ1,θ2,θ3を先端の座標X,Y,Zの関数で表す(逆運動学)必要がありますが、やり方が分かりませんでした。(パラレルリンクはシリアルリンクに比べて逆運動学が容易だったはずですが)

deltarobot6
こちらはリニアアクチュエータ型のデルタロボットです。
根元のガタが少ないので回転関節型より剛性を高く作ることができました。
先端のガタはかなり小さいです。

deltarobot4
最下点に移動させたところ

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最上点

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最左点

かなり稼動範囲は広いです。
このタイプはさっきのタイプより簡単に逆運動学が求まりそうです。
9V高速モーターとRCXの回転センサーを使ってコントロールしようと考えました。
モーターは良いのですが、RCXの回転センサーの性能が予想以上に悪かったです。高速モーターと回転センサーを直結すると回転センサーが全く追従しなかったです。1/5に減速すると追従するようにはなったのですが、時々回転を読み飛ばすのでだんだんとずれてきてしまい使い物になりません。RCXの回転センサーはたった二本の線で電源の供給と信号の送信をやっているので無理があるのでしょう。Philoさんの記事によると分解してキャパシタを追加すると改善されるらしいです。自分には分解する勇気がありません。

HiTechnicのアングルセンサーを買えば良いのですが如何せん高いです。3個も買うとテクニックの大箱が買えます。NXTの高価なセンサーは高性能で魅力的ですが、レゴ社はころころとコネクターの形を変えるので、またコネクターの形が変わって使えなくなるんじゃないかと思ってなかなか買えません。

NXTのモーターを増速して使う手もありますが、減速して増速するのはロスが大きいのが問題です。


deltarobot7

実際にはこんな風につるして部品のピックアンドプレースに使います。

レゴテクニックにラジコン用シムを流用してみる 

レゴテクニックで作品を作っていると、微妙な長さの調整をしたいことがよくあります。薄いスペーサーのようなものがあれば便利な気がしたのでタミヤのΦ5mmシムセットを買ってみました。
これは内径が5mm、外径が7mmで、レゴのシャフトは5mmよりちょっと細いのでちょうどはまります。ワッシャーに比べると外形が小さいので外側が他の部品に当たらないのが良いです。

op-587_1.jpg


op-587_2.jpg

厚さが0.1mm,0.2mm,0.3mmのものが各10枚ずつ入っています。

初めにウォームギアを使ったときにできる厄介な隙間を埋めてみました。

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worm-shim1.jpg

ガタが無くなりました。1.0mm分のシムを挟むとちょうど良かったです。シムは金属製なのですべり摩擦しない部分に挟むのがいいと思います。

gear8_12.jpg

普通はかみ合わせずらい8歯ギアと12歯ギアをかみ合わせてみました。軸間距離は1.25ポッチです。他にもベルトのテンション調節などに使えそうです。
リニアアクチュエーターを使っても自由な距離で固定ができますが、これのほうがコンパクトでガタが少なくて良いです。

paper-cut.jpg


紙でもシムを作ってみました。0.23mm厚のケント紙をカッティングプロッタで切り出しました。1枚18円のケント紙から数百枚シムが取れるのではるかにコスパが良いです。ちょっと楕円っぽくなってますが問題ないです。


worm-shim-paper.jpg

紙でもガタがなくせました。
レゴ社がプラスチックで純正品を出してくれると非常に助かるんですがどうでしょうか。

レゴの玉ころがし(GBC)関係で最近作ったもの 

レゴの玉ころがし(GBC)関係で最近作ったものの紹介です。

・スパイラルリフト
スクリュー式のボールポンプはらせん状のものをモーターで回して、ボールはガイドに沿って直線的に運ばれていくというのが普通だと思います。それを逆にしてボールをらせん状に運んだら面白いのではないかと思って作ったのがこれです。



同じ機構のものが見つからなかったので適当に勝手に命名しました。
GBCのモジュールは機構を思いついても、実用化するのが大変な場合が多い(実用化できずボツになることも)ですが、これは珍しく1日で実用化できました。それでもらせんのフレキシブルチューブは微調整が必要です。
もうちょっと高くできればいいですが、縦溝を作っているリフトアームを継ぎ足すと段差ができて引っかかるので高くするには別の組み方をする必要があるかと思います。
また、らせんから玉を出力する部分が意外と難しいです。できたものをみると簡単そうに見えるのですが。


・ジグザグ階段
以前作った階段を玉が上っていくモジュールを折りたたんだのがこのモジュールです。クランクで4枚の板を上下に動かしています。玉が折り返しながら上っていくようにの表面にプレートを貼りました。
テクニックの奇数系で組むかシステムの偶数系で組むかで迷い中途半端なハイブリッド状態になりました。
きっちり左右の壁の内側を8幅で作ると、ブロックのわずかな段差や突起が引っかかるのでわずかに広げてあります。このモジュールは1bps(1ボール毎秒)程度の処理能力でちょっと低いです。早くモーターを回すと脱落する玉が増えて効率が落ちます。




・ボール工場
手の込んだGBCのモジュールを使いたい用がちょっとあったので、急遽、製作中の工場の最初の部分を外してループにしたのがこのモジュールです。回転テーブルにベルトコンベアとフォーク式の送り装置と玉取り出し装置をつなげてループにしました。サッカーボールとバスケットボールを供給する部分を除いて、たった一つのモーターで動いています。



フォーク式の送り装置はYoutubeのsuperbird28さんの動画を参考にしました。superbird28さんの動画はリンク機構がすばらしいので個人的には必見です。

回転テーブルの上で桶にサッカーボールをバスケットボールを入れています。回転テーブルは動いて止まってという間欠動作をする必要があります。その動作を実現するためにカム式の送り装置を作りました。(装置左手前のしましまタイルが貼ってあるあたり)
黄色い部分で回転テーブルの出っ張っているピンを押して回転させます。次に1/4円ブロックがピンの間に入り込み、回転テーブルをロックします。(このあたりゼネバ機構に似ています)一応この機構で動いていますが、ゼネバ機構のように滑らかに動かないので改良したいです。

回転テーブルからベルトコンベアに桶を載せ替えるアームは、上下する動きと回転する動きを合成して動かしています。上下する動きはすぐ下にあるカムによって、回転する動きは装置左端のパタパタ動く黄色い板からはるばる持ってきています。

フォーク式の送り装置は、装置右手前にあるチェーン式の往復運動発生装置二台の動きをそれぞれX軸、Y軸として動いています。動く瞬間は正弦波を描くのでなめらかです。

玉取り出し装置は、フォーク式の送り装置が休んでいる隙に桶を取り上げて玉を取り出します。このひとつの回転運動でチャックの開閉と桶の持ち上げを行う機構は気に入っています。思いつくのに時間がかかりました。
最後の回転テーブルに桶を乗せるアームは、基本的にもう一つのアームと同じですが、アームはスライダ上を動くと同時に90°回転するようになっています。(説明が難しい)


この装置はマイコンとエアシリンダ使用禁止縛りで作りました。そのため各ユニットでで同期をとることや、リンクの微調整、干渉の問題、トルク不足に苦労しましたが得るものも大きかったです。40歯ギアが多いのはできるだけ高回転・低トルクの状態で動力を伝えて伝達先で減速することで、軸のねじれをおさえ同期を正確にとれるようにするためです。
しかし、また工場の完成が遠のいてしまいました。

レゴ 六脚歩行ロボ 足長・安定歩行型 

二ヶ月ぶりの更新です。
久しぶりに歩行系の作品を作りました。

チェビシェフリンク(ホーキンスリンクと言うのが正しい?)はご存知ですか?
このリンク機構は回転運動をかまぼこ型の軌跡を描く運動に変えてくれます。
かまぼこ型の軌跡で動くときに、水平部分ではゆっくりと円弧の部分では素早く動きます。歩行ロボットの足に使うのにもってこいの機構です。これで六本足のロボットを作ると常に3本以上の足が地面に接地し、足は地面に対して水平に動くのでゆれがありません。

しかし、この機構には弱点があって、必ずかまぼこの円弧側が外側にきます。
よってこのままでは歩行用の機構として使えません。
そこで今回はスライダを使ってリンクの動きを下側に伝えるようにしました。



せっかくなのでこの機構の利点を生かして足を長くしてみました。
このリンク機構は決められた比でリンクを作る必要があり、半ポッチの長さを作るのに苦労しました。
(二倍のスケールで作れば整数の長さのリンクで作れますが、歩幅が大きすぎてスライダのシャフトの長さが足りませんでした)
強度が弱いですが、狙った歩き方をしてくれたので満足です。
方向転換とかは今回はパスです。

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