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レゴ 遊星歯車を利用したフォーク式GBCモジュールをつくりました 

フォーク式のGBCモジュールをつくりました。
特徴は遊星歯車を利用し、フォークが自転と公転を組み合わせた独特な動きをするところです。



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フォークの動きに遊星歯車を利用する利点は、ボールのすくい上げと離すことが自然にできるところにあります。2つある40歯ギアがフォークの自転する動力を伝えています。


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カウンターウエイトを動かすのに新型の28歯小型ターンテーブルが役立ちました。大型ターンテーブルの半分の歯数なので、フォークの公転の二倍の速度で動きます。


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出力の高低差を埋めるためのレールです。

このモジュールは簡単そうに見えて調整が難しいタイプで、ボールを確実に4つだけすくうための調整に時間がかかりました。

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レゴ GBC階段モジュールを改良しました 

エンジンブロックを利用した階段モジュールを改良しました。
プロトタイプの前回の記事はこちら



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主な改良点はボールを垂直に押し上げる部分の機構をスマートにしたことと、後ろの部分にボールがクロスする受け皿を作ったことです。


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この部分は、以前のブロック主体の組み方からリフトアーム中心に変えました。チェーンを使わないことでコストダウンできました。右の赤いものはカウンターウエイトです。


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これが新しく追加されたボールの受け皿です。ボールは勢いで谷を通り越し、スロープによって奥へ転がり、最後に谷に沿って転がります。タイミングによっては谷を転がるボールに上から落ちてきたボールが衝突します。矢印の模様はポチスロで作ってあります。表面にポッチを出さないことに注力しました。

レゴ 溝カムとGBCトレイン用積み込みクレーン 

カム機構を調べていて面白い機構を見つけました。このサイトは色々な機構がのっていて面白いです。
http://d-r-o.jp/library/file10/file10.html

このページの下側の間欠動作をする溝カムをレゴで作ってみました。説明用動画です。



長いストロークで間欠運動が作りたいときに便利そうです。こういう機構は昔からあるらしいですが、あまり本などに載っていないので知りませんでした。両端で物理的にロックされる安心感が良いです。この機構はレゴのからくり機械の可能性が大きく広げてくれる気がします。欠点はスライダ部分が2つあるのでレゴで作ると大きく複雑になってしまうことでしょうか。

この機構はいろいろ応用ができそうです。pneumaticの自動運転をする際、動作が終わる前に次のバルブが動いてしまう問題がありますが、この溝カムを使うと動作が終わった後に次のバルブを動かすということが確実にできます。


今回は応用例としてGBCのトレインモジュール用のクレーン式積み込み機を作ってみました。このカムを使って、モーター1つの完全機械制御で出来るだけ複雑な動きをさせたかったというのが動機なので、機能的には以前のベルトコンベア式の積み込み機に比べて、積み込みが遅い、装置が大きい、複雑、ロスが大きい、という欠点しかありません。すべての動作をトレインに内蔵しているモーターで動かしています。

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クレーンの下側にある長いスライダをトレイン側のモーターで駆動するようになっていて、その長いスライダが原動節となり、カムによってクレーンが決められた動作をするようになっています。クレーン駆動用のチェーンの個数は160個で、トレインのクラッチ切り替え用バネと正確に同期を取るために個数を計算しています。


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台形の溝がクレーンの上下をコントロールするカムです。スライダの中にチェーンが入っていて、直線往復運動を作っています。


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白いブロックでできた溝が上側のスライダを動かし、クレーンの左右移動を作ります。


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上下のスライダの間のS字型の溝が見えます。


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黄色いピンを下に押し下げることで、ストッパーを外してボールを積み込みます。


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パワーを有効に使うためのカウンターウエイトです。


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ガイドはプーリーでビームの角を挟み込む形式で、以前より滑らかで遊びが少なくなりました。


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背面は強度確保のために筋交いを入れています。


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動画を撮った後で気がつきましたが、コンテナがずれないための白いストッパーの根元が歪んで機能してませんでした。本当はきちんとストッパーが下まで下がるようになっています。


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線路脇にある機構が複雑になってしまいました。これはある問題が発生したためです。トレインの動力をギアを使って線路側に伝えていますが、この時トレインを車止めに押し付ける方向に力が働くようにギアの回転方向を設定しています。発車するときには車輪の摩擦力がこのギアの反力に勝つ必要がありますが、クレーンの動かす負荷が大きく負けてしまいました。この力が発生しないようにクラッチのかみ合う向きを変えるというのが正しい解決法と思いますが、それがトレインのスペース的にできなかったので、線路側の機構を工夫して解決しました。デフギアを利用し、発車の時に一定回転だけ回転をクレーンへ伝えずにデフギアで吸収する機構を作りました。動画をよく見ると発射の瞬間だけデフギアの外側が回っているのが分かります。美しい機構とは言えないですが、一応問題は解決できました。


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電車側はクラッチを動かす棒がだんだんずれてくる問題があったので、ずれないよう改良しました。トレインはポイントを通過できるようにすると床下の出っ張り制限が急に厳しくなります。ビームの裏側にプレートを貼ってもアウトだし、16歯ギアもかすります。
GBCトレインモジュールは機械式のクラッチではなく、電気スイッチを使った形式も試しているんですが、止まっているときに車輪を浮かす手段で迷っています。プラレールのストップレールは良くできてるなと思いました。



作ってみた感想として、体感難易度はボール工場よりもやや高かったです。ボール工場はそれぞれの動作のストロークがせいぜい数ポッチなのに対して、これはそれぞれの動きが大きいので、リニアガイドを作るのが難しかったです。リニアガイドに様々な方向から力が加わるのが厄介でした。また、使える動力がトレインに搭載されているPF Mモーター1つだけで、使えるパワーが限られているのが辛かったです。現在の減速比で一連のボールの積み込み動作が約20秒、一回の運搬量が約30個なので、GBCの1ボール毎秒の処理速度ぎりぎりという感じです。

この3ヶ月で紹介されたこと、他 

ブログの更新が遅れました。この3ヶ月の出来事を紹介します。

ITmediaでバスケットシューターが紹介されました 
 ITmediaでバスケットシューターを記事にしていただきました。種子島さんありがとうございます。
 http://gadget.itmedia.co.jp/gg/articles/1206/07/news080.html


TechnicBricksでバスケットシューターの内部構造動画が紹介されました
 TechnicBricksでバスケットシューターの内部構造を記事にしていただきました。感謝です。
 http://www.technicbricks.com/2012/05/week-techvideo-2012-19-internals-of.html


HispaBrick Magazine 014にGBCのインタビュー記事が載りました
 スペインのレゴ雑誌HispaBrick Magazineの第14号20~23ページに、私のGBCのインタビュー記事が載りました。

 英語版プレビューのアドレスはこちらです。
 http://issuu.com/hispabrickmagazine/docs/_hbm014_ing_issuu

 インタビューしてくれたJetroさん、Fernandoさん、Alexandreさん、ありがとうございます。濃い雑誌の4ページ分も使わせていただいて感謝です。英語をもっとうまくならなくちゃいけないと思いました。

 他の記事も英語が読めないけど目を通しました。巻頭の巨大宇宙船がすごかったです。ポチスロを使ったモザイク画の組み方や、pneumaticの自動シーケンス制御の記事が興味深かったです。pneumaticは真剣にやると奥が深いですね。

インタビューの最後でレゴに望むことを聞かれました。願望はキリがないんですが、次のマインドストームではもっとモーターをたくさんコントロールできるようにして欲しいというようなことを書きました。面白みの無い回答ですみません。ですが、ロボットアームを作っていると、これが一番切実な問題だったりします。

以下自分が次のマインドストームに対する願望です。興味の無い人は読み飛ばして下さい。

 マインドストームは1998年に初代RCX、2006年にNXTが発売されているので、次のが2014年頃に発売してくれるだろうと勝手に予想しています。RCXもNXTもマイコン1個に付きモーターの個数が3個という制限がネックになっていると思います。移動型ロボットを作ると、たいてい移動用にモーターを2個使うので、残りの1個のモーターで物を掴んだりといった動作をすることになり、動作に大きな制約ができます。マイコンを複数使ったり、NXTMMXなどのマルチプレクサを使うことで4つ以上のモーターをコントロールできますが、無駄が多かったり高価だったりします。
なので、次のマインドストームではこの制約を解決して欲しいと思います。
 しかし、単純にNXTに10個も20個も出力ポートをつけることは物理的に邪魔で、現実的ではありません。そこでモーターをシリアルサーボにして欲しいと思います。この方式ではモーター側にモータードライバ等を内臓し、コマンドによってサーボモーターをコントロールします。サーボモーターを数珠繋ぎすることができ、NXTの1つのポートに複数のモーターを繋げることができます。
 手軽に20個ぐらいのサーボをコントロールできるようになるとヒューマノイドロボット等が簡単に作れるようになると思います。マインドストームの素体に外装を貼り付けるような形でロボットが作れれば、メカ系の作品の関節一つ一つを電動にできて世界が広がる気がします。
 さらに、PowerFunctionは拡張性の高い優れた規格だと思うので、マインドストームとPowerFunctionの境目をなくし、統合してくれるのが理想です。

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