2018年2月17日土曜日

ホールセンサーモジュールを使った永久コマ(回転カプセル)

永久コマはいろんな仕組みのものがあります。
以前には
を作りましたが、
今回 ホールセンサーモジュールを使った
永久コマ・・・というより「回転するカプセル」を作りました。

今まではコマ状の永久コマでしたが
今回、磁石を立ててカプセル入れています。
磁石を立てて回すアイデアは相生高校の生徒さんが考えられたものです。
(最後の方に、映像を載せています。)

この装置の面白いところは
棒状のものでつついただけで、カプセルが起き上がって回り始めるところです。
最初からこんな風にしようと思っていたのではなく、
たまたまこんな風に出来て、ラッキ~♪

ホールセンサーモジュールはこのようなものです。


ホールセンサーには極性があって、下の写真の場合 ホールセンサーの手前に
S極が接近するとOUT端子(DO)がHighになり、N極が接近するとLowになります。
ホールセンサーの裏側はその反対となります。
ミニブレッドボードにこのモジュールと
ダーリントントランジスタ(2SC4811)を差し込んでいます。

ホールセンサーは上のように極性があるので、
センサーはお皿の端の方に貼らないと、途中でブレーキがかかってしまいます。
(モジュールのままでは使いにくかったので、
センサーを取り外しリード線で接続してからお皿に貼りました。)

ホールセンサーとコマの極性の関係について
この図(上から見たところ)のように考えました。
このため、
★ ホールセンサーをお皿の中心に貼ると うまく回りません。
(コマがホールセンサーの右にも左にも行く可能性があるため)
★ 時計回りに回転する装置は、時計回りにしか回らないので
作るとき、回しやすい方を選んでおいた方がいいと思います。

基盤に青い可変抵抗(100kΩ)がついていますが、
デフォルトは50kΩくらいです。
可変抵抗を右回りに回転させると、
下の写真の2点の抵抗値が上がっていきます。
(抵抗値を高くすると、S極が接近したときのみオフになり、
それ以外のとき(N極が接近しなくても)オン状態になります。)
ここを適当な値にすると、
下の映像のように突いただけで起き上がりやすくなります。
最初に作ったものは100kΩでうまく起き上がったのですが
次に作ったものは45kΩあたりが一番いい感じでした。
色々と変えてみると、ちょうどいいところがあると思います。

電磁石はφ0.3mmのポリウレタン銅線を
φ6mm×30mmのボルトに700回巻いたものです。
(コイル抵抗値6Ω)

それぞれ、土台に貼りました。
電源はUSB(5V)としました。
USBコンセントでも、モバイルバッテリーでもうまく動きました。

コイルと直列に100Ωの可変抵抗を取り付けてから
ブレッドボードに差し込んでいます。

カプセルはキャンドゥで販売されてる
「ジャンボビーズ」を使用しました。

カプセルの中にはダイソーのφ13mmのネオジム磁石を2個入れています。
この2枚だけでもうまくいきますが、

φ13mm磁石の横に、φ6mm磁石を貼ったり
M3用のナットを貼ったり、
ホットボンドで固めたりしてみました。
どれもうまくいきますが、それぞれ微妙に動き方が変わると思います。
カプセルを閉めるときにプラスチック用接着剤で固定しました。

ビデオで撮ってみました。

勢いよく回っているようですが、
0.3mmφポリウレタン銅線 700回巻きを使用した場合には
コイル、モジュール、トランジスタ、可変抵抗の発熱はほとんどありません。

つついただけで起き上がる場合、
電磁石とカプセルの位置によって、起き上がりやすさが変わるようです。
私はこの下の状態のときが、最も起き上がりやすい気がしました。


<リードスイッチモジュールを使った回転カプセル>
リードスイッチがモジュールになってるものも
あったので、これでも同様に作ってみました。


ホールセンサーのときには基盤の可変抵抗を100kΩにしましたが
リードスイッチではデフォルトの50kΩで作りました。


ホールセンサーと同様に
ミニブレッドボードにモジュールとトランジスタ、
電磁石、電源を差し込みます。


リードスイッチは磁石の極性は関係ないので
お皿の真ん中にリードスイッチを貼りました。


電磁石はリードスイッチの1cmくらい下にくるようにしました。
電源はUSB(5V)ですが、1.5V乾電池3個直列でも大丈夫です。
 

ビデオで撮ってみました。
ホールセンサーのときのように突いただけで立ち上がる技はできませんが・・・


モジュールになっていなくっても、
リードスイッチ~コイル~1.5V乾電池1個
直列状態でビュンビュン回転するコマを作ることが出来ます。
http://eneene7.blogspot.jp/2015/02/blog-post_16.html


ただ、この場合はリードスイッチに定格最大電流以上の電流を流してしまって
壊れることがよくあります。
リードスイッチによって定格最大電流は異なりますが、例えば0.5Aの場合
1.5V電圧ならコイルは3Ω以上になるように仕上げないと
リードスイッチが徐々に壊れる可能性があります。
コイル抵抗を3Ωにするには、
0.3mmφのポリウレタン銅線を使用するなら約12m、
0.35mmφなら約16m、0.4mmφなら約21m
0.4mmφ 21mをボルトに巻くとかなり膨れ上がり、難しいかもしれません。
(抵抗を直列に入れてもいいかも知れませんが、
コマの反応は変わるかも?)

このモジュールを使えば、
リードスイッチには抵抗が直列に入ってるので
電流の心配をしなくてもいい!
というところくらいが利点でしょうか?
私が使ったリードスイッチモジュールの
類似商品の回路図ですが、このようなのを見つけました。


<回転カプセルを思いついたのは・・・>
冒頭の方でも書きましたが、
今回はコマ状のものではなく、磁石を立てた状態でカプセルに入れて回しています。
2017年7月に相生高校で、「弛張型発信回路の永久コマ」の
工作教室を開催させてもらったときに
一人の生徒さんが、磁石のみを回してるのを見てビックリ仰天でした。
そのときの映像がこれです。

磁石を立てても回るなんて、本当に目からうろこですよね~♪
磁石だけでは すぐに倒れてしまうので、
底が丸くなったカプセルに入れてみたところ、
長時間 倒れず回る装置を作ることが出来ました。

相生高校のみなさま、本当にありがとうございました。

<今回使用したもの>
ホールセンサーモジュール

トランジスタ2SC4811

ミニブレッドボード

リードスイッチモジュール


2018年1月19日金曜日

ぶつからない車(赤外線反射型センサーモジュール使用)

小学高学年~中学生向けの工作を考えています。
2つ目は「ぶつからない車」です。

以前にも 赤外線LEDと赤外線フォトトランジスタを使用して
「ぶつからない車」を作りました。

この装置では、車が障害物に近づくと、
①赤外線LEDが前方にある物体に照射される。
②フォトトランジスタが物体に照射された光を検知しわずかに電流が流れる。
③わずかな電流をトランジスタで増幅する。
④リレーのスイッチをオフにする。
⑤モーターが停止する。
このように、リレーを使って、
フォトトランジスタが光を検知したとき(ON時)に
モーターをOFFにする操作をしていました。

最近、Arduinoの勉強のために、
赤外線反射型センサーモジュールを購入したのですが、
これを使うと、フォトトランジスタが光を検知したとき(ON時)に
モーターをオフに出来るのことがわかりました。
リレーを使用しなくても作れるのです♪
(上記①~③は同じ動作です。)


この「赤外線反射型センサーモジュール」を使うと、
簡単に「ぶつからない車」を作ることが出来そう・・・
と思い、作ってみました。

おもちゃのタイヤに15mm程度のシャフトを差し込み
TTモーターのモーター軸に差し込みます。
モーターの電極には、0.65mmφのPVC線をハンダ付けしています。
(後でブレッドボードに差し込むため、PVC線を使っています)

TTモーターに3×8cmの板をホットボンドで貼り
端の方に1×3cmの板と、φ4mmのストローを
ホットボンドで貼りました。

③のストローに50mmのシャフトを差し込み
シャフトの両側におもちゃのタイヤを取り付けました。

電池ケースのリード線の先端にも
0.65mmφのPVC線をハンダ付けし、
ケースを板にホットボンドで貼り付けました。


(5×5)hole のミニブレッドボードに
赤外線反射型センサーモジュールと
トランジスタ(注①)を差し込んで回路を作ってから
ブレッドボードを板に貼り付けました。

(注①)
トランジスタに関しては
電池が新しい間は2SC2120でも大丈夫ですが
電池がある程度消耗すると、
モーターに電流が流れにくくなり、
トルク不足で発進しにくくなったり、全く動かなくなります。
例えば電池電圧3.6Vまで低下すると、
2SC2120の場合、全く動かなくなりましたが
ダーリントントランジスタ(2SC4811)に変えると動きました。
(フォトトランジスタからのわずかな電流を増幅してモーターに流すため
増幅率の大きなダーリントントランジスタの方が流れやすい。)

電池消耗時や、モータートルクのことを考慮すると
増幅率の大きなダーリントントランジスタの方がいいかも知れないです。
2SC4811なら1個20円くらいなので、
私も工作教室ではこれを使用することにしました。


コレクタ電流に関しては
2SC2120使用時、0.2A程度だったので大丈夫と思いますが
2SC1815はコレクタ電流不足と思います。
基板の青い四角の可変抵抗を
反時計回りに回すほど、障害物に接近して止まります。
(回し過ぎると障害物に接近しても、車が止まらないです。)
時計回りに回すほど、障害物から離れて止まります。
(回し過ぎると障害物が遠くでも、車が動かないです。)

乾電池はアルカリでもOKですが、
今回はマンガン電池にしました。
(電池が弱ってきたときに、流せる電流のことを考慮すると
アルカリ乾電池の方がいいと思います。)

動画で撮ってみました。


動画の最後の方、黒い紙に反応した時は、
これくらいギリギリのところで止まりました。
(距離は可変抵抗により変化します。)

2台向き合わせると、
お互いの赤外線を受光して止まります。

赤外線センサーモジュールの定格は3~5V
TTモーターの定格は3~12V
なので、
ダーリントントランジスタ(2SC4811)を使用すれば、
乾電池は2個でもOKですが、
電圧2.7V以下まで下がると、
電流が流れにくくなり反応が悪くなるため、
今回は乾電池3個使用することにしました。

電池の個数、トランジスタの種類に関して
くどくどと書いてしまいましたが、
ギアモーターの種類によっても動きが変わると思います。
TTモーター(ギア比 1:48)より(ギア比 1:120)
の方が動きやすいかも知れません。
ただ、車の走行速度は遅くなります。

動画の最後にも書いておりますが、
太陽光が入るところでは、
太陽光に含まれる赤外線に反応して止まってしまいます。
電灯照明等の部屋でやってみて下さい。

ttモーター、赤外線反射型センサーモジュール、
ミニブレッドボード等をAliExpressで購入した場合
材料費は約450~550円くらいになりそうです。

ハンダ付けはこちらでしておけば、子供さん達でも簡単に作れると思います。


前足歩行ロボ

小学高学年~中学生向けの工作を考えています。

まずは「前足歩行ロボ」です。
前足だけでヨタヨタ歩きます♪

ttモーターの軸に4mmφのストロー(長さ約1cm)を
ホットボンドで貼り、その上からテープを巻きました。
モーター電極には1Pinコネクタをハンダ付けしています。

幅15mm、厚さ約4mmの板の両側に
 幅、長さ 約10mm、厚さ約4mmの板を貼り
板の両側に 5mmφ×10mmのストローを貼りました。

②を①にネジ留めしています。

モーターに近い方に
厚さ5mmのスチロールボードを貼り、
ボードの上にφ5mm 長さ10cmのストローを貼りました。
(ストローの長さは長い方が、歩き方が安定します。)

アイス棒 長さ約30mmの上の方に穴を開け
M4×15mmの小ねじを取り付けています。

直径約20mmに切ったスチロールボードに穴を開け
③を差し込んで接着、
ボードの下にはすべり止めシートを貼っています。
アイス棒の上から約20mmのところに、
つまようじを貼っています。


⑦ 
⑥のつまようじを
②の5mmφのストローに差し込んでから
⑥の小ねじを①の4mmφのストローに差し込みます。

単4乾電池2個用のケースのリード線の先端に、pinを取り付け
モーターの上に貼っています。
(単3乾電池2個を使用したかったのですが、
動きを比較すると、単4の方が良かったので、単4にしました。)

電池ケースにナットを貼って、目にしてみました。
 横から見たところです。 

スイッチはなく、
プラス、マイナスのピンを差し込みことで、
動き始めます。

動画で見るとこんな感じです。

Youtubeのこちらの作品を参考にしながら作ってみました。
https://www.youtube.com/watch?v=5Y8nKhuK8O4&t=28s

電極のハンダ付け、アイス棒の穴あけはこちらで下準備しておき
接着は全てホットボンドで行ってもらおうと思います。
ただ、貼るときの微妙なズレで動き方が変わるので
意外に難しいような気もします。

AliExpressでttモーター等を購入した場合、
材料費は200~300円くらいになると思います。



2018年1月3日水曜日

ダイソーの「パチパチトール君」を電動で!

ダイソーの「パチパチトール君」
胸のあたりのレバーを押すと、手を叩いてくれます。
愛嬌があってとても可愛いです♪

今回 これを3つ並べ、電動で動かすことにしてみました。

昨年末からマイコン(Arduino)のお勉強中ですが
今まではLED関係のものばかりでした。
今回、サーボモーターに挑戦してみようと思い、
サーボモーターの動きを見ているうちに
この装置を思いつきました。
サーボモーターの場合、指定した角度でモーターが動いてくれるので
制御しやすいかな?と思いました。

「パチパチトール君」を開けるとこのような感じです。
バネの力でうまくパチパチやってくれるようです。

手を繋いでる部品も外してみました。
この中にも小さなバネが入っていました。

サーボモーターが入るように、本体の後ろ側に穴を開けました。


サーボモーターに木片を取り付けて
③に取り付けました。
ケースの横から木片をネジ留めしています。


手の接続部分にアイス棒も一緒にネジ留し
(アイス棒は軽く動くようにしています。)
アイス棒の下の方に、サーボアームをネジ留めしています。
(サーボアームも軽く動くようにしています。)


マイコンは5V用 Arduino mini、
電源は5V2Aの電源アダプターを使用しました。

右の方のタクトスイッチを押すと、動き始める仕組みです。

後ろ側はこんな感じです。
板の裏側には すべり止めシートを貼っています。

動画で撮ってみました。

手動の場合は、手と連動して口も動くのですが
私の装置では 残念ながら口を動かすことは出来ませんでした(^^;