１１．３ タミヤとレゴの車が勢ぞろい

タミヤのギヤボックスを使った４輪車と３輪車ができたので、レゴの４輪車と３輪車を復活させてみた。
４輪車のディファレンシャルギアは、デフ用の歯車が１つしかなく通常のレゴのパーツで作ったのでサイズが大きくなり、タイヤはバイク用の大きなものを使うことになった。
３輪車は以前とほとんど同じ作りになっている。

タミヤの方も調整をした。４輪車のハンドルが曲がり過ぎないよう、左右にスイッチを付けた。３輪車のほうはリモコンが安定して動くように電源周りを再調整したが、まだ取りこぼすことがある。

レゴのステアリングの駆動は歯車で減速して行っており、この歯車にロータリーエンコーダーをつけて回転数を数え、ハンドルの位置を管理するので、ハンドルを真っ直ぐに戻すボタンもついている。一方、タミヤのギヤボックスは内部で減速して出力軸を回すのでロータリーエンコーダーを付けることができず、ハンドルの位置はスイッチのある右端と左端しかわからない。

写真は上から、４台並んだ車、２台の４輪車、４輪車のディファレンシャルギア、レゴの４輪車のステアリング、タミヤの４輪車のステアリング（針金のスイッチがついている）、２台の３輪車、レゴの３輪車を横から見た姿、の７枚。

１１．２ キューブカート２の改造

静大のものづくり教室用に検討中のスズキ教育ソフトのキューブカート２をリモコンで動かせるように改造した。
３輪車の前輪２つをそれぞれモーターで駆動する。後輪はボールになっている。

制御部分は４輪車で使ったもののうち、必要な部分だけを取り出して小さな基板に組み直したものを使う。
もともとついていた基板をはずし、作成した基板で動かしてみたところ、リモコンでの動作が安定しない。調べてみたところ、キューブカート２で使っているモーターの消費電流が大きく、モーターが回ると電池の電圧が相当低くなることが判明。電源部につけてあるコンデンサに1000μを追加し、電池をエネループからアルカリ電池に変更して、なんとか動くようになった。

４輪車で使った新しいシリーズのギヤボックスはモーターの消費電流が小さいことが良く分かった。ギヤボックスのノイズも新しいシリーズのほうが相当小さくなっている。

もともとのキューブカート２は前進だけでスピードも変わらなかったが、これで後ろにも行けるし、スピードも変わるようになったので、アプリケーションを考えてみることにする。

写真は上から、全体、横から見たところ、裏から見たギヤボックスと後輪のボール、制御基板、リモコンといっしょ、の５枚。

１１．１ リモコンで動くデフつきの４輪車

静大のものづくり教室用にディファレンシャルギア付きの４輪車を試作した。

デフはレゴのパーツを使う。観覧車と同様、タミヤのギヤボックスの軸にレゴの歯車を取り付け、これでデフつきの車輪を動かす。レゴの車輪をネットで探してみたが、ほとんど在庫がないことが判明。しかたなくレゴの軸にタミヤの車輪を付けるという非効率な方法を取ることになった。タミヤのスポーツタイヤセットはホイール部分が平らで大きいので、ここに3mmのネジ用の穴を開けてレゴのプーリーを取り付け、車輪をレゴの軸に固定することができた。
車輪の駆動にはエコモーターギヤボックス（３速タイプ）を使う。ギヤの音も小さく使いやすい。

ステアリングはレゴでやっているのと同じ仕組みをタミヤのパーツで作った。
駆動はミニモーター低速ギヤボックス（４速）を使う。小さくて良いが、ギヤの音が大きく出力軸のガタも大きい。
軸にギヤボックスに付属のクランクプレートを取り付け、これにアクリル板で作った左右のバーを2mmのネジで取り付ける。左右のバーの反対側には、以前作ったタミヤのバギーのステアリング用パーツをネジで取り付け、これをシャーシーに付けたアルミのバーに固定する。
ステアリングがスムーズに動くよう、ネジの取り付けの寸法をきちんと合わせ、ダブルナットにして軽く動いてネジがゆるまないように注意した。
左右の回転角度を制限する仕組みをこれから検討して組み込む必要がある。

シャーシーはカインズホームで幅80mmのバルサ板を見つけ、加工も楽なのでこれを使うことにした。
１回目の試作でメカの確認が目的なので、仕上げはみっともない。

制御部分は観覧車で使ったものを使っている。
リモコンはDVDプレイヤー用のリモコンと、ロータリーエンコーダのリモコンが使える。

ちゃんと動くものができることは確認できたので、生徒が作れるように仕上げ、センサーを使ったアプリケーションを検討していく。

写真は上から、全体、駆動部とディファレンシャルギア、タイヤにレゴのプーリーをつけたところ、ステアリング部、ステアリング部の拡大、基板、リモコンといっしょ、の７枚。

１１．０ タミヤのギヤボックスで動く観覧車

静大のものづくり関係でタミヤのギヤボックスを使うことが多いので、制御部分を試作することにした。

レゴのモータ－を動かす場合はPICを5Vで動かしているが、タミヤの場合はモーターを3Vで動かすので、PICも3Vで動かすことにする。
まず、PICと周辺部品の選択と調達。
モーターは２つ駆動することにし、PICはPWM出力が２チャンネルあるものを探し、28ピンのPIC18F2320を使うことにした。
3Vで動くモータードライバーを探すのに苦労した。ネットで探したところ、SOPパッケージのものなら見つかったが、これでは自作は難しい。ものづくりで検討している鈴木教育ソフトの「キューブカート２」というキットで使っているLB1639を使うことにしたが、古いものらしくデータシートが見つからない。LB1630というもののデータシートが見つかったので、これと「キューブカート２」の回路図をみながら行燈用のランプ基板を使って実験を行い、PWMでモーターの回転数制御ができることを確認した。
3Vで動く赤外線リモコン受信モジュールはOSRB38C9AAというものが秋月で見つかり、マルツ経由で調達した。

PIC18F2320の基板を試作し、LB1639を使ってPWMでモーターを動かしてみたが、これまでと同じ38KHzでは全く反応しないことが判明。PWMの周波数を落としていき、結局行燈用のPICで動かしていた100Hzくらいが具合がいいことがわかった。これだけ遅い周波数ならソフトウエアでもPWMを発生できるはずなので実験してみたところ、問題なく動く。PICのPWMは使わなくて良いことになり、18ピンのPIC18F1320が使えることになったので、さっそく試作を行い、リモコンで動作制御ができるようになった。

 制御基板の試作ができたので、これを使って以前作った観覧車を再現してみた。
ギヤボックスはタミヤの楽しい工作シリーズのミニモーター低速ギヤボックスを使っている。

８．８ 自分で荷物を降ろすダンプカー

ダンプカーが自分で荷物を降ろす場所まで行く仕組みを作った。センサーはいつもの超音波を使う。
前回のものは走るスピードが速すぎたので、タイヤを交換してギア比を変えてスピードを遅くした。同じタイヤが２つしかないので、後輪が１軸になったのが残念。

超音波のセンサーは何度も使ってきたが、センサーとPICマイコンの動作を見直してみたところ、割り込み処理で問題があることが発覚した。対策をいくつか検討してみたが、結局送信部がほぼ正面にあるときだけ左右の時間差を測定できるが、それ以外の場合は方向だけしかわからない、というところで落ち着いた。

制御は、まず送信部が左・中央・右のどの位置にあるかを測定してハンドルの位置を決め、送信部が中央にくるまで後退する。その後は左右の時間差を見てハンドルを調整しながら送信部に向かって後退し、距離が近づいたら停止する。ここで送信部との角度を測定し、荷物を降ろす皿にほぼ直角に向いていればOKとする。そうでなければ真っ直ぐになるようにハンドルを切り、ハンドルを戻しながら前進し、また送信部に向かって後退する。真っ直ぐになったら、荷台を上げて荷物を降ろし、荷台を降ろして少し前進して終了とする。

荷物を降ろす容器は四角い箱だと正面からでないと降ろしにくいので、丸い皿を使うことにした。荷物はBB弾だとあちこち飛び散ってしまうので、レゴの小さくて丸いブロックを使うことにしたが、これでも少し飛び出すことがある。

孫のリー君はリモコンで動かすダンプカーは面白がって遊んでいたが、自分で動くのは好きではないらしく興味を示さなかった、、。

８．７ ダンプカー

久しぶりにレゴのおもちゃに戻ってきた。今回は働く車シリーズでダンプカー。
前後の移動、ハンドルの左右の動き、荷台の上下、をリモコンで動かす。

荷台を持ち上げるメカは、油圧や空気圧のシリンダーは持っていないので、三角形の形を変えて高さを変える仕組みを作った。駆動は三角形の頂点部分をひもで引っ張って水平に動かす。もう１つの頂点部分は車体後部に固定されているので、３つ目の頂点の高さが変化することになる。
荷台を持ち上げたところと、一番下に下がったところでモーターを止めるため、ひもで引っ張っている頂点部分の最前部と最後部の位置を検出するスイッチを作った。例によってレゴのパーツにメッキ線を巻きつけたもの。

荷台の後部が車体後部の軸で回転するようにしてある。荷台が上がると荷台の後面が回転して開くメカを作りたかったが、さすがに難しくあきらめた。荷物ができるだけスムーズに落ちるよう、荷台内部はボッチのないパーツを使い、後部は斜面にして、斜面上部のボッチは削ってある。荷物はショベルカーの時と同じくBB弾を使う。

後輪はダンプカーらしく２軸にしたが、４つ揃ったタイヤがバルーンタイヤしかなく、雰囲気が違ってしまったのが残念。今回はディファレンシャルギアは使わず、左右の後輪をそれぞれ別のモーターで駆動するようにした。前方の軸を駆動し、後方の軸の車輪は左右それぞれ自由に回転するようにしてある。後輪を２軸にしたためか、ハンドルを大きく切るとやや動きにくくなる。

ハンドルは以前作った４輪車と同じ仕組みで、平行四辺形の形を変えて車輪の角度を変化させる。駆動する歯車にフォトインタラプタをつけて、動いた歯数をカウントし、ハンドルの位置を直進、右いっぱい、左いっぱいの位置に設定できる。

今回はリモコンで動かしているが、次は自動運転をやってみる予定。
写真は上から、左側面、右側面、荷台を上げた状態、ハンドル操作の歯車にフォトインタラプタがついているところ、車輪部分、荷台のスイッチ、の６枚。
動画は２つあり、最初のものが動作の説明で次は荷物を降ろすデモ。

４．９ 行燈風のランプケース

ランプを入れる行燈風のケースを作った。ものづくりの教室で子供にも作ってもらうことになっている。
材料は木材。

まず周囲の板４枚と天板１枚をノコで切って作成する。また、接着に使う角材も指定の寸法に切断しておく。天板と土台には念のために空気抜きの穴を開けておいた。
次に、周囲の板４枚に窓の形を書く。絵は得意でないので、幾何学模様とし、丸い太陽、三日月、５角形と６角形の星、に決めた。コンパスと分度器と定規で板に書く。
書いたら糸ノコでざっと切り取り、ヤスリとサンドペーパーで仕上げる。
最近の糸ノコは刃がらせん状についていて、どの方向にでも切れるので、切る方向の調整がやりやすい。

次は周囲の板４枚を角材を使って接着する。あとは土台と天板に周囲の板が収まる位置に角材を接着する。土台にランプを木ネジで取り付け、土台の裏にコム足をつける。
最後に明かり窓に裏から習字の紙を貼って完成。

久しぶりにノコやヤスリを使ったが、まずまずの出来栄えとなった。
ヤスリやサンドペーパーの扱いが雑だったところがあり、何箇所か欠けたところがあるのが残念。

ランプは電球が窓の中央の高さになるよう、スペーサーを入れて調整した。
明かりをつけてみると、紙を通して見るせいか、明るさがチラチラする感じが良く分かるようになった。

リー君に見せたところ、「スゴーイ」と大喜び。お父さんが迎えに来た時に見せようとすると、自分で明かりを付けて「太陽と星と月ともう一つ星だよ」と説明してくれた。