１３．３ 振り子の実験その１

静大のものづくり教室の教材用に振り子時計を検討することにし、振り子を作って実験してみた。ガンギ車とアンクルは生徒が自作できるものとする。
仲間が静大の先生が考案した振り子の資料を発見してくれたので、それを試してみた。

ガンギ車は、棒を円周上に12ヶ並べたもの。紙パックを2枚丸く切り、12ヶ穴を開け、プラスチックのスペーサーを両側から挟み、ビスで取り付けた。レゴの軸に取り付けるため、レゴの歯車を内側に固定してある。
アンクルは、爪の位置・角度を調整できるよう、レゴのパーツをビスで止めて作った。振り子もレゴで作ってある。1秒で1往復する長さに設定。

駆動は錘を使うのが一般的だが、ひもがすぐに伸びきってしまう可能性が高いので、モーターで駆動することにした。以前作った自動巻き時計用ネジ巻き機で使ったPICの基板とタミヤのミニモーター低速ギヤボックスをそのまま使う。
ガンギ車にはレゴのプーリー、モーターにはタミヤのプーリーをつけて、輪ゴムで駆動する。

振り子が一定の振幅で振動するようにモーターを駆動するPWMのデューティーを制御するため、振り子が振り切った位置で動作するスイッチをつけた。振り子がスイッチに触れたら振幅を小さくするよう、PWMのデューティーを小さくし、スイッチに触れずに戻ったら、振幅を大きくするよう、PWMのデューティーを大きくする。

これで実験してみたところ、結構うまく動く。アンクルの調整が微妙であるが、うまく動く位置を見つけると安定して動くようである。
単3のエネループ2ヶで動かしてみたところ、24時間くらいで止まってしまった。モーターが回りっぱなしだし、ガンギ車が1秒間に5回転するので、かなり効率が悪い。省電力に向けて改良が必要。

１３．２ ３色LEDのランプ

今回も「ものづくりダビンチキッズ」の教材。3色のLEDを使ってランプを作った。
リモコン用に作ったプリント基板を流用してPICの基板を作成。ボリュームの取り付けはちょっと無理があるものの、ジャンパ線1本だけですんだ。

電源は緑と青のLEDが3V以上必要なので、電池3つとし、基板とは別に電池ホルダを取り付けている。LEDの3つの色が分離して見えて気に入らなかったが、マルツでLED用の拡散キャップというものを発見し、使って見ると非常に具合が良いことが判明。
シェードは100円ショップで見つけたドーム型のLEDランプのカバーを使っている。

動作は、好みの色で点灯させるモードと色が連続的に変化するモードの2つ。手前のスイッチを押す回数で切り替える。
好みの色モードのときは、ボリュームで明るさを選び、奥のスイッチを1回おすと赤の明るさを設定し、2回押すと緑、3回押すと青の明るさを設定する。
連続変化モードのときは、ボリュームで変化時間を選び、奥のスイッチを1回押すと赤の変化時間、2回押すと緑の変化時間、3回押すと青の変化時間を設定する。

動画を撮ってみたが、光っているものの色をきちんと再現するのは難しいことを実感した。

１３．１ リモコンで動くキューブカート２

 静大の「ものづくりダビンチキッズ」の教材のキューブカート２を赤外線リモコンで動かすように改造した。
キューブカート２は鈴木教育ソフトが販売しているライントレースしながら走る3輪車。
8ピンのPICで制御していて、モーター2つ、センサー2つ、スピーカー1つとタッチセンサーと呼ぶスイッチ1つでPICの6つのポートを全て使っているが、タッチセンサーは使わなくても良いことが判明し、ここに赤外線リモコンの受信器の出力を入れることにした。

リモコンは8ピンのPICを使って作る。スイッチ4つで前進・右・左・停止を制御することにし、小型のユニバーサル基板で試作した。ユニバーサル基板だとどうしてもジャンパ線を使う必要があり、生徒が組み立てるには手間がかかりすぎるし、間違いも発生する可能性が高く、教室で作るのは難しいかと思ったが、仲間に相談したところ、最近はプリント基板の製作はかなり安くできることが判明。他にもラジオの教材用にプリント基板が欲しい、ということもあり、2つの基板をいっしょに作ることにした。仲間の努力のおかげできちんと動く基板が一度で完成した。

その後、使い勝手を調整していて、スイッチで車の方向を制御するよりもハンドルらしくボリュームを回して制御するほうがそれらしくなると判断し、ボリュームを使うように変更した。
スイッチを押している間車が動き、ボリュームの位置で左右の車輪の駆動力を制御する。リモコンからは、スイッチを押している間、80ms毎に定期的に信号を送ることにし、キューブカート２は信号を受けたら、しれに従って左右の車輪を駆動する。一定時間（200ms程度）リモコンからの信号が来なければ停止する。

キューブカート２のPICのソフトも作り直した。ソフト作成中に左右2つのモーターを同時に動かそうとしてみたところ、動かないことが判明。この車で使っているLB1639というモータードライバーの容量不足と思われる。
モーターを1つずつ交互に駆動することにした。タイマーを使ってソフトでPWMを作ることにし、左右8段階の制御を行っている。

赤外線受信器は小さい基板に取り付け、キューブカート２の基板にケーブルで接続している。この受信器の最低動作電圧が2.4Vであるが、モーターが回ると電源の電圧が大きく下がり、2.4Vを下回ることがあり、リモコンの信号を受信できなくなることがある。この状態になると、動き始めて数百msするとリモコンからの信号が来なくなったと判断して停止し、そうすると電圧が回復して受信ができ、また動きだす、とギクシャク動くのを繰り返すことになる。新しい電池を使えば普通に動くのだが、、。