１２．３ ２代目キッチンタイマー

今回も実用品。液晶の文字表示モジュールで3Vで動くものを見つけたので、以前作ったキッチンタイマーを作り直すことにした。

以前のものの機能のうち、キッチンタイマー・メトロノーム・テスターの3つの機能を再現した。
キッチンタイマーはパスタやラーメンを茹でる時に活躍しているし、メトロノームは足のトレーニングの階段登りで使っている。テスターは本物のテスターのほうが精度は良いが、ちょっと電池の残量を見る時などは便利である。

液晶モジュールは秋月からSC1602BBWB-XA-LB-Gを購入した。16文字*2行のもの。3Vで動くので単4電池2本で動かすことにする。
マイコンは使い慣れたPIC18F2431とする。他は制御用のスイッチが5つと、圧電スピーカが1つ。デバグ用のLEDが2つと予備の赤外線LEDが1つ。

 

回路図はフリーのEagleで作成した。以前はエクセルでお絵かきしていたが、Eagleを使うとさすがに書きやすい。SC1602はパーツが登録されていなかったので、ライブラリを自作した。

キッチンタイマーは90分まで設定できる。設定は10分・1分・10秒・1秒の桁を選び、+/-のボタンで設定する。時間が来ると「ピピピッ、ピピピッ」という音が鳴る。

メトロノームはテンポとコーラス数（長さ）を設定する。階段登りはテンポ93で12コーラスやっていた。1コーラスで階段を4往復するので合計で48往復になる。
動き始めると、1拍毎に「キッコッコッコッ」と音がするのでこれを聴きながら階段を上り下りする。4小節毎に「キッコッコッコ－」と4拍目の音が長くなる。

テスターは電池の電圧と抵抗値を測定できる。今回は電源は電池直接で安定化していないので、電圧測定のために、ダイオードの順方向電圧（0.558V）をADCで測定し、基準電圧としている。

抵抗はレンジ切り替えはないので、大ざっぱな値しか得られないが、カラーコードを見て値を確認するときのヘルプにはなる。

PIC18F2431はプログラムは8Kwords、データは768bytesのメモリを持っているが、どちらもギリギリまで使うことになり、あちこち切り詰めながら作り上げた。

１２．２ 自動巻き腕時計用ネジ巻き機その２

 先日作成したネジ巻きは、腕時計を車輪のホイールに取り付けて回したが、これだと腕時計が重くてバランスが悪く、回転がスムーズでなかった。
回転がスムーズになるよう取り付け方法を変更した。腕時計を回転の中心に置くようにする。重心の移動がほとんどなくなり、スムーズに回るし回す力も小さくてすむはず。

また、回転を安定させるため、時計を回す40歯の歯車にフォトインタラプタを取り付けて間隔を測定し、回転速度を一定に保つ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ようにした。

 回転軸が時計の錘の回転軸と同じになるので、右回転と左回転でぜんまいの巻き方に差が出るのではないかと思い、実験してみた。
時計が完全に停止するのを待ち、時計が左回転するように10分間回し、その後何分間時計が動くか測ってみたところ、4時間半動いた。次に同じことを時計が右回転するようにして測ってみたところ、時計は全く動かない。この時計ののぜんまいは時計が左回りする方向で巻かれることがわかった。（両方で巻けるような賢いメカがあるかと思ったが、普通のメカらしく安心した）

回す時間と、時計が動く時間も見当がつくようになったので、24時間のうち1時間回すことにする。24時間のうち1時間連続で回す方法と、20分毎に1分ずつ回す方法を検討し、デバッグのやりやすさから20分毎に1分ずつ回す方法とした。これで時計が動き続けるはず。

１２．１ 自動巻き腕時計用ネジ巻き機

先日机を整理していたら、古い自動巻きの腕時計が出てきた。振ってみたところ、普通に動く。最近は腕時計はほとんど使うことがないが、せっかく動いているので、腕に付けなくてもネジが巻けるよう、ネジ巻き機を作ることにした。

モーターはタミヤのミニモーター低速ギヤボックスを使うことにした。小形のモーターで消費電力も少なさそうである。

腕時計を取り付ける部分は、いくつか検討した結果、タミヤの大きめの車輪のホイール部分に包装用のプチプチを巻きつけたものとした。
このホイールはレゴの軸に取り付けるようにしてあったので、タミヤのギヤボックスの出力軸にレゴの歯車を取り付け、これで駆動するようにした。

コントロール部は、これまでに作ったものを流用しても良かったが、せっかくなので新規に作ることにした。8ピンのPIC12F1822とモータードライバーは同じく8ピンのLB1639を使う。PICの消費電力が少なくなるよう、クロックは一番遅い31.25KHzで使う。
制御は、60秒サイクルでモーターをオン・オフすることにし、現在は45秒回して15秒休む設定にしてある。モーターの回転速度はPWMで制御している。

実際に動かしてみると、ギヤボックスの音が大きくかなり気になる。夜中に寝ているときに動かすようにしている。小形のモーターとはいえ、ほとんど回りっぱなしに近いので、電池の消耗も速く、24時間回すと単3のエネループ2本を使いきってしまう。

８．１２ 四本足で歩くロボットその２

以前四本足のロボットを作ってから時間が取れず、新しいものがまだできていない。今回は四本足のロボットをむりやり左右に方向転換させることにした。
動かし方は、左に曲がるときは右の足だけを掻き、右に曲がるときは左の足だけを掻く、という単純な方法とする。
さっそく試してみたところ、バランスが取れずに転んでしまった。掻いていない方の足を前後に踏ん張るようにして転ばなくなった。
動き始めるときは、いったん足を真っ直ぐの位置に戻してから動き始める。
動くスピードは相変わらずとっても遅い。ズリズリと滑りながらなんとか曲がっていく。

 

 ブログ用の写真を撮るときに、少しは速く動いているように見えるよう、シャッタースピードを遅くして撮ってみた。

８．１１ 四本足で歩くロボット

以前四本足で歩くロボットを作ったが、モーターが２つしかなかったのでかなり無理な動きをするものしかできなかった。モーターを４つ使って四歩足で歩くロボットに再挑戦することにした。

足の動きは回転運動だけしかできない。できるだけシンプルな構造でしっかり動く形を考え、モーターの軸にウオームギアを取り付けて40歯の歯車を駆動し、これで足を動かすことにした。

同じ構造を4本の足に作る。形は前後左右ほとんど対象のシンプルな形になった。色もグレーと黒中心の地味な配色。

足の動きは、左前・右後・右前・左後、の順に掻いていくことにした。掻くときは移動距離が短くなるよう、足を前方に動かすようにしてみたが、重量バランスが取れないので前に掻くと体が後ろに下がってしまい同じところを行ったり来たりするだけであった。

しかたなく、足を掻くときは後方に足を動かしほぼ1周して前方に戻ってくるようにした。これならちゃんと前に歩いていくが、足がグルッと回る時間が長く、歩く速度はあきれるほど遅い。

 

足の回転角度の測定は、モーターの軸に24歯の歯車をつけ、そこにフォトインタラプタを付けて回転数をカウントするようにした。ボディの前後に2ヶずつ歯車とフォトインタラプタがついている。

歩かせる時は、まず足が直立した状態にマニュアルで調整し、スタートさせると、それぞれの足の最初の位置まで回転し、歩行を開始する。掻く足はグルッと回るまで回転し、それ以外の足は少しずつ前進方向に回転する。

 

リー君に見せたところ、動きが地味なせいかあまり興味を示さなかったが、ウオームギアの動きを見て、「この歯車入っていってる」といいながら、足をつかんで動きを止めようとしたりしていた。

４．１１ ポンポン船

ものづくり教室の教材用に仲間がポンポン船を試作し、作り方の説明書も用意してくれたので、今月末の教室に向け、自分も試作してみた。

主な材料はビールのアルミ缶と日本酒の紙パック。
アルミ缶を切って平らな板を作り、長方形に折り曲げてエポキシの接着剤で接着し、ストローを2本差し込んでこれも接着剤で接着し、エンジンを作る。
きれいに仕上げたかったが、はみ出した接着剤をふき取ることもできず、水漏れするよりはいいか、と開き直ってたっぷり接着剤をつけておいた。

船体は紙パックを開いて平らにし、型紙を貼りつけて外形を切り取り、折り目で曲げて形を作る。左右の横腹をホッチキスで止めて形を作り、ホットボンドで接着して水漏れがないようにする。
ホットボンドは初めて使ったが、これもきれいに付けるのが難しい。結局デコボコだらけの船になってしまった。

船体の底に穴を開け、エンジンのストローを差し込んでホットボンドで固定する。
これで完成。

エンジンに水を満たし、ローソクを置いて火をつけると、しばらくしてエンジンが始動し、ポンポンと元気な音を出しながら走り始める。

孫のリー君に見せたところ、「ヘエー」と言って面白そうに見ていた。

８．１０ 障害物を乗り越える車

前回作った尺取り虫のシャーシーにバイク用の大きな車輪を6ヶ取り付け、3ヶのモーターで駆動するようにした。
前後のシャーシーは上下に自由に回転するので、障害物を乗り越えながら進んでいく。

動かすための制御は何もなく、3つのモーターを同じ強さで動かすだけ。トルクが大きくなるよう、8歯車 -> 40歯車の減速を2段重ね、モーターの回転を1/25に減速している。
ホイールベースを長くしたり、重心を低くしたりしたかったが、ホイールベースを長くすると障害物がシャーシーをこするようになるので、尺取り虫と同じ長さにした。このため、モーターの間にPICの基板を置くことができず、モーターの上に置くしかない。少しでも重心が低くなるよう、通常は電池の基板とPICの基板を重ねて使っているが、２つに分けて実装することにした。これで前後の重量バランスも良くなる。

障害物は、500mlのペットボトルに水を入れたもの4本を輪ゴムでつないで階段を作った。もう一つはクッションを重ねたもの。

中央の車輪を駆動するモーターを後ろ側のシャーシーに取り付けてあるため、バックで障害物を乗り越えようとして、後ろの車輪が障害物に乗り上げ、中央の車輪が障害物にあたっているとき、中央のモーターの回転で後のシャーシーが持ち上げられ、後輪が浮いてしまうことがある。乗り越えるのは前進だけとした。

孫のリー君に見せたところ、ペットボトルを乗り越えるあたりで「これスゴーイ」と興味を示し、クッションの次にリー君が腹這いになり、リー君越えをやってみることになった。乗り越えるときには「くすぐったい」と言っていたが無事にリー君越えに成功し、着地もうまくいきみんな大喜び。