工作記録帳

地元のお祭りで歩くロボットの工作屋さんをしました。この記事はその時に設計した歩くロボットの工作キットの構造とどんなことを考えて設計したかについての記録です。

 モーターで動くものを作っていくと、自分で操作できるものを作りたくなってきます

「操作する」と言っても、ラジコンみたいに無線だったり、センサーでジェスチャーを読み取ったりと色々な方法が考えられますが、ここでは有線で操縦する方法を考えます。

さあ、有線ということは決まりましたが、実は有線操縦にもいろいろあります。双方にコンピュータが載っていて、電線には「この部分を動かせ！」というデジタル信号を送って動かしたりする方法もありますが、ここではシンプルにモーターが動かしたいものについていて、コントローラーで電力を送る方法について考えます。

NHK Eテレ朝の番組0655に出てくる「歩くの歌」のロボットを見て作ってみました

Parallel crankバージョン(名前は勝手につけてます)

3Dプリンタで出力した部品を使っています

NHK Eテレ朝の番組0655に出てくる「歩くの歌」のロボットを見て作ってみました

スライドクランクバージョン(名前は勝手につけてます)

アイスの棒をメインの材料に作ってみました

スライドクランク機構

スライダクランクとかスライダークランクと呼んだりします。名前の通り、回転する軸とスライドする軸からなる機構です。回転軸が1回転するとスライドする部分が1往復します。往復運動と回転運動を変換することができ、蒸気機関や車のエンジンのピストンもこの機構が使われています。

通常は直線運動部分か回転運動部分の動きを使う機構ですが、今回は歩行ロボットの足の軌道を作るために、運動の変換をしているリンクの部分の動きを使用します

作り方

モーターユニットはTTモーター(ギヤ比1:48)を使用します

モーターユニットの回転軸から動きを取り出すのは真面目に考えると意外と大変なんですが、今回は昔買ったサーボモーターに付いてきたこの部品(サーボホーンといいます)を使用しました。奇跡的に軸径がピッタリとはまりました。

使おうと思っている穴は中心から約7mmでした。となるとスライド幅は倍の14mm、スライド部分に入る軸の太さが3ｍｍくらいなので、最低17ｍｍの長穴を開ける必要があります。長穴の長さがぴったりだと組み立てがシビアになるので、余裕を持って24ｍｍの長穴を開けようと思います

アイスの棒一本だと厚みにちょっと不安があったので、2本を木工用ボンドで貼り付けて厚みを増しています

アイスの棒とサーボホーンはM3のネジで留めます。もともと空いている穴はちっちゃすぎるので少し拡張しましょう。写真に写っているドリルはテーパードリルと言って緩やかな円錐型をしているので、穴のサイズを微調整するのに役立ちます

これで穴径を2.7〜2.8mmくらいに広げます。M3のネジを無理矢理入れて行くと、いい感じにねじ山がフィットするので、ナット要らずでネジ留めできます。穴が小さすぎると割れるし、3ｍｍの穴だとスカスカで留まらないので注意して穴の拡張をしてください。

スライドクランク周りの部品はこんな感じです。(あっ、木のビーズを写し忘れた)

電池とモーターが使えると動く工作が作れるようになります

最初に、シンプルにモーターと電池をただつないだだけのもので遊んでみました

たったこれだけですが、

• スイッチをON/OFFしてモータが回ったり止まったり
• 回っているモーターに触ってみて「うひゃぁ」
• 回ってるモーターの軸を下にして置くとモーターがブルブル踊る

などなど、いろんな観察、実験、体験ができます

子どもたちは30分くらいいろいろ試して遊んでいました

今回は単3電池が2本入るスイッチ付きのギアボックスにタミヤの太陽電池用のモーターをつなぎました。このモーターはゆっくり力強く回るタイプで、回転を止めてみようと手で軸をつまんでもなかなか止められないくらいトルクがあります

https://www.tamiya.com/japan/products/76005/index.html

子供の頃に手に入れたモーターでしたが、今も同じ型番でまだありますね

さて、このような部品達はどこで手に入れられるでしょう？

秋葉原に行って千石や秋月に行けば何でも揃います、2店とも通販もやっています

Amazonでも意外と売っていて、例えば「電池ボックス」と検索するといろいろ出てきます

ヨドバシカメラの通販でも結構充実していておすすめです

手押し車バージョン

割り箸を束ねて足のリンクを作っています

モーター軸からの最初のリンク(黒い十字の部品)を長くすると一歩が大きくなりますが、重心を外しやすくなったりスライドする部分が意外と大きくなったりと作るのが少し難しくなります

かと言って短くしすぎると足が左右で干渉してうまく回らないので、どのくらいが適当か試行錯誤して決めました

一回大破して直して、もう一回大破して修理待ちBoxの中に…

元気だった頃の写真を取り忘れて、あまり残っていません

平行リンクバージョン

このように平行に板をくるくると回すにはリンクの軸が2つだとうまくいきません

リンクが一直線になったときにモーター軸ではない方の回転軸がどちら方向にも回転できるようになってしまい不安定になるのです

このリンクが一直線になる位置を死点といいます

これを回避するためには左右の足の位相をずらしてやるのが一つの方法

バタフライじゃなくてクロールするようにすれば、右足が死点の位置に来たときに左足側のリンクが頑張って正常に回転します

ただし、180度ずらしたクロールだとリンクがやはり一直線になってしまうので、160度くらいのズレでやるのがいいと思います

(どのくらいの角度でうまくいくかはリンクがどのくらいの精度で出来ているかによります)

今回の場合バタフライをさせたかったので、上記の方法ではなくリンクの軸を3つに増やしました

こうすると3つのリンクのうち2つが死点の位置でも、残りの一つが死点の位置ではなくなるのでうまく回転してくれます

理論上どんな三角形でも動きますが、正三角形に近いほうがうまくいきます

ただ、歩くの歌に出てくる同形状のロボットは、この3つ目のリンクがあるように見えないんです

コマ送りで観察したのですが、リンクが2つしか見えないのにどうやって死点を回避しているのか……

モーター軸以外のリンクは竹ひごと割り箸でできています

竹ひごの端は木のビーズ(写真の黒い玉)を刺して木工用ボンドで留め、抜けどめにしています

さわっても痛くないので子供にわたしても安心

トルクも大したことないので指を挟んだりギアが欠けたりといったこともなさそうです

容赦なく遊ばれて故障して修理待ちの箱の中にいます