光って回る! 「光ファイバーこま」 ＜乾電池、12cmCDバージョン＞

前回に引き続き、「光ファイバーこま」です。

単3乾電池、130型モーター、12cmCD、ダイソーのLED電球を使用したバージョンです。

リポパック、12V 60mAモーター、8cmCD、イルミネーションLEDを使用したものは
こちらをご覧ください。

①

12cmCDの裏側から、シャフト2mmφ用のギアをホットボンドで貼り付けます。
CDの穴の側面を黒マジックで塗っておくと 貼るときに中心がわかりやすいです。
モーターシャフトに差し込むときは、この写真の面が上側になります。

②

モーターの両サイドに単3乾電池1個用の電池ケースをホットボンドで貼り

アイス棒で補強します。

裏側

③

配線をします。

取りあえず 電池1個使用バージョンです。

モーター～スイッチ～電池ケース1個のみを接続しています。
(最後の方で 足の長いコマを作っていますが、その場合は電池2個使用します。)

もう1個の電池ケースの配線は邪魔にならないように

適当なところに貼り付けました。

④

シャフトぎりぎりまでＣＤを差し込みます。

⑤

配線をした方の電池ケースには新品の電池を入れ、

回転チェックをしてみます。

(もう1個の電池ケースは使い切った電池でOK)

モーターにもよるのですが、ほとんどのモーターで

回転途中に電池が吹っ飛ぶと思います。

(私は4種類試して、うち3種類は吹っ飛びました。)

⑥

その対策として

本体側(電池ケース)にアイス棒を貼り付けます。

ＣＤと本体は逆方向に回転しています。

（例えばCDが反時計回りに回転すると、本体は時計回りに回転します。）

このようにアイス棒を本体に貼ることで、

本体の回転を抑えることが出来ます。

このアイデアはかんばこうじさんに教えて頂きました。
かんばさんのＨＰはこちらです。

ただ、本体の回転速度が遅すぎると、

光ファイバーが遠心力で広がりにくくなるので適当な長さに調整します。

上の写真の半分くらいの長さでもいいかと思います。

このように回ります。

次に光ファイバー側です。

モーターとLEDの電池を共有したいところですが、

モーターとLEDを並列に繋ぐと、モータの逆起電力でLEDが7色に変化しません。

モーター逆起電力防止のため、

モーターに並列にダイオードを取り付けても色は変化せず

LEDに直列にダイオードを接続すると7色に変化します。

しかし、ダイオードによる電圧降下分が0.5～0.7V程度あり

LEDにかかる電圧が低く、これまた薄暗くなってしまいます。

そこで、モーターとLEDは別電源とします。

⑦

光ファイバーを照らすLEDはダイソーのLED電球ホルダーから取り出します。

ここに入っているLEDは点滅するように素早く色が変化するため、あまり綺麗ではなく、

連続で色が変化するLEDに取り換えました。

(4.5V電源に抵抗なし状態で繋ぐので、順方向電圧が4.5V以上のLEDを使用)

⑧
おもちゃの光ファイバー装置から切り取ったものをセロテープで適当に束ねます。

LEDが当たるところは綺麗に切りそろえます。

⑨
6mmφストローでLEDと光ファイバーを繋ぎ、

⑩
ホットボンド、セロテープで固定します。

⑪
両側に板を貼ります。

⑫

⑥の上部に固定します。

LEDの電池交換のたびに取り外さないといけないですが・・・(^^;

これで完成です。

さて耐久時間ですが・・・

前回作った

＜リポパック、12V 60mAモーター、8cmCD、イルミネーションLED使用＞
の場合は、倒れることなく 1時間33分回り続けました。

今回の装置ですが
回転途中でＣＤが床にすれるまでの時間を計測したところ、

 新品のアルカリ乾電池1本で41分、マンガン電池1本で12分

フル充電したニッケル水素電池1本で 31分でした。

その後、数時間休ませてもう一度回したところ

アルカリ乾電池の場合 30分回り続けました。
（その後 数分の休憩では10分程度でした。）

何度か休憩させながら回していくうちに、耐久時間は徐々に減っていき、

 いくら休ませても、ＣＤが真っ直ぐ立った状態で回らなくなってしまいます。

モーターに流れる電流が減少して、

コマを真っすぐに回すための回転力を得られなくなったためだと思います。

うまく回るとこんな感じです。

やたらコマの足が短いやん！
って感じですが、重心が低く安定性があるような気もします。

でもやっぱりコマらしく 足の長いコマも作ってみました。
モーターシャフトと2mmφ×14.5mmシャフトをピニオンギアで接続しています。

この場合は乾電池2個を直列に接続してモーターに繋ぎます。

フル充電したニッケル水素電池 2個直列で

32分30秒、倒れることなく回り続けました。

新品アルカリ乾電池だともう少し長いかも知れないですね。

回るとこんな感じです。

光ファイバーを付けず、コマ装置だけでも面白いかも・・・

これ以外の実験や工作も掲載していますので、

こちらも見てみて下さい。

http://www.eneene.com/

光って回る! 「光ファイバーこま」 ＜リポパック、8cmCDバージョン＞

「光ファイバーこま」を作ってみました。

リポパック、12Vモーター、8cmCD、イルミネーションLEDを使用したものです。

単3乾電池、130型モーター、12cmCD、ダイソーのLED電球を使用したバージョンは
こちらをご覧ください。

コマが回転すると、長めのファイバーは遠心力で広がり
短いファイバーは内側で光ります。
暗いところで見ると 綺麗に見えます。

＜作り方＞

①

 8cmCDを2枚重ねて貼り付け、

真ん中に2mmφ用の穴の開いたプーリーを貼りました。

(入手先は下記参照下さい。)

②

今回は3.7V 100mAhの小さなリポパックを電源とするので、

定格3.7V以上のモーターが必要です。

ここでは定格12V 60mA 11600rpm で

シャフトは2mmφ×15mmのものを使用しました。
(その後、色々と検証したところ、このモーター以外のほとんどのモーターで
LEDの色の変化がうまくいかないことがわかりました。) 

③

モーターの横に木片をエポキシ系接着剤で貼り付け

④

光ファイバーのおもちゃのファイバー部を適当に切って束ね、

その下にイルミネーションLEDを置いて、熱収縮チューブで留めようとしましたが

ドライヤーの熱でファイバーが傷んでしまうので、接着剤で固定しました。

⑤

木片に穴を開けて、接着剤で固定。

スイッチも付けておきました。

 ⑥

リポパックにモーターとLEDを並列に接続しています。

イルミネーションLEDは連続して電流が流れないと色が変化しません。
モーターとLEDを並列に接続すると

モーターの逆起電力によって、色が変化しないのです。

モーター逆起電力防止方法としては
 モーターと並列にコンデンサを取り付ける方法が一般的ですが、
これではLEDの色が変化しませんでした。
LEDに直列にダイオードを接続するとうまく7色に変化します。
(並列ではダメでした)

(ダイオードは当初、汎用小信号高速スイッチング・ダイオード1N4148を

使っていました。

これでも大体うまくLEDの色が変化してくれるのですが、

たまにうまく変化しないときがあることがわかりました。

超小型ショットキーダイオード SD103A 又は 

だいぶん前に秋月で購入した青色のBAT43だと うまくいくようです。)

モーターシャフトをプーリーに差し込んで、これがコマの軸になります。

コマが動き回ることなく、一定の場所で回転させたいときは

ワッシャーを使うと便利です。
机の上でも勿論OKですが、写真のように柱の上でも安定して回ります。
ダイソーの25個100円のフェライト磁石2個程度の上に置いてもいいかも知れません。

リポパックを充電するときは、専用の充電器を使います。

100mAhだと 10分程度で充電できます。

フル充電した状態で、1時間以上回りますが

リポパックは使い切らないうちに充電した方がいいので、

30分程度回したところで充電した方がいいかも知れません。

＜主な材料の入手先＞

①プーリー こちら

②モーター こちら

③リポパック こちら

リポパック（リチウムポリマーバッテリー)は、

取扱いを間違えると火災や怪我の危険性がありますので、

取扱には十分な注意が必要です。 

こちら ↓ の注意事項をご確認ください。

http://www.crgjapan.com/web/pdf/lipo_battery_manual.pdf

④リポパックの充電器 こちら

⑤充電用ケーブル こちら

⑥7色に光るLED こちら

⑦8cmCDは最近ほとんど見かけなくなりましたが、

オークション等で入手出来そうです。

⑧光ファイバーはセリアで購入した

光ファイバーおもちゃのファイバー部を切って使用しました。

動画で撮影してみました。

以前作った「ジャイロ効果を利用した倒れないコマ」のときは

物凄いスピードで回転しているので、止めるとき恐ろしいくらいでしたが

このコマは回転数が少なく、手で軽く止めることが出来ます。
全く痛みもありません。

回転方向はジャイロコマと同様に
上から眺めた場合 モーター軸に取り付けたCDは反時計回りで、
モーター本体に取り付けた 光ファイバーは時計回りの方向に回っています。

これ以外の実験や工作も掲載していますので、

こちらも見てみて下さい。

http://www.eneene.com/

ぶつからない車(赤外線LED、赤外線フォトトランジスタを利用)

※さらに簡単に作れる「ぶつからない車」を
こちらに掲載しています。
http://eneene7.blogspot.jp/2018/01/blog-post_19.html

先日「机から落ちない車」を作りましたが、

今回は、「物にぶつからない車」を作ってみました。

「落ちない車」と大きく違う点は、
赤外線LEDと赤外線フォトトランジスタを利用したことです。

止まる仕組みは
①赤外線LEDが前方にある物体に照射される。
(光っていることは目では見えない)
②フォトトランジスタが物体に照射された光を検知する。
③受信回路で増幅し、リレーのスイッチをオフにする。
④モーターが停止する。

＜作り方＞
①
ギアモーターに2mmφ×2cmのシャフトを差し込み
ゴムタイヤを取り付けたプーリーを差し込んでいます。

今回使用したのは、こちらの中国製のギアモーターです。

こちらクリックしてください。

(リンク切れになっていたら「ttモータ」で検索してみて下さい。)

送料込みで100円少々で購入出来ます。(届くまでに2～3週間かかります。)

シャフトはこちら

タイヤはこちらのプーリーに

こちらのゴムを取り付けました。

②

送信部に赤外線LED、受信部に赤外線フォトトランジスタを使用して

回路を組み立てました。

(赤外線LEDはこちら、  赤外線フォトトランジスタはこちらで購入)

1年後に引っ張りだして、様子を見たところ、

「ぶつかる車」に変身していました。

いろいろと調べたところ、

モーターに流れる電流が多いと、リレーのコイルにうまく電流が流れず

反応が悪いことがわかりました。

そこで、電池をリポパック(3.7V 250mAｈ)に取替え、

回路も少し見直しました。

仕組みとしては、

①フォトトランジスタがオフのとき、モーターが回転。

(リレーのNCに接続)

②フォトトランジスタがオンになると、モーターが停止します。

(リレーはオン状態)

送信部の赤外線LEDが前方の壁に照射され

赤外線フォトトランジスタがその光を受け取るとオン状態になります。

ただ、赤外線フォトトランジスタからの信号は弱いので

トランジスタ2個をダーリントン接続にして

増幅度を上げています。

太陽光がたくさん入る部屋では

赤外線フォトトランジスタの反応が良すぎて モーターは止まってしまいます。

(この装置では、赤外線を検知するとモーターが停止)

そのため、1MΩの固定抵抗と可変抵抗を直列にし、

可変抵抗を下げて、反応をおさえるようにしましたが、限度があります。

なるべく太陽光の入りにくい部屋の方がいいと思います。

③

組み立てた回路を、ベニヤ板に貼り付けました。

赤外線LEDと赤外線フォトトランジスタは前部に取り付けています。

角度を微調整できるように、足を少し残して基板に接続しています。

前輪は「どこでもキャスター」を使用しています。

ビデオで撮ってみました。
（ビデオは最初に作成した、乾電池を使ったものですが
「ぶつかる車」に変身してしまったので、
上の回路図、写真のようにリポパックで作り直しております。
改良版の動きもこのビデオと同様です。）

「落ちない車」のときは赤色LEDの光を机に当てて、

可視光のフォトトランジスタで受けて

モーターを停めたり、反転させたりしました。

LEDから机までの距離が 1cm程度だったので

これで十分認識してくれました。

しかし、10cm以上離れると、これでは認識が難しくなります。

赤外線LEDは100mAの電流を流すことが出来ます。

(「落ちない車」で使用した 赤色LEDは20mA程度)

さらに、発振回路(周波数10kHz以上、Duty比 1/100以下)にすれば 

なんと!!  1Aまで電流を流すことが可能だそうです。

今回は発振回路にせず、70～80mA程度の電流を流し
さらに3個並列にして認識力を高めました。

発振回路を使って さらに応用性のあるものを作るときは

マイコン等を使用するのがいいのかな？ と思います。

ここで作った回路は、

私が考えたものなので、もっといい方法があるかも知れません。

間違い等、あれば教えて頂けると幸いです。

※さらに簡単に作れる「ぶつからない車」を
こちらに掲載しています。

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方向転換をする 二足歩行ロボット

方向転換をする 二足歩行ロボットを作ってみました。

手が壁に当たると、クルッと方向転換します。

手の根元にはマイクロスイッチが付いていて

壁に当たると、スイッチオンとなり、左足に取り付けたモーターが回転し、

方向転換する仕組みです。

今回、一番大変だったのは、

ロボット本体のギアモーターと方向転換用のモーターの選択でした。

単3乾電池1個では、方向転換用のモーターがうまく機能してくれないので、

単3乾電池2個にしましたが、

ギア比の大きなギアモーターを使用しないと、

早く歩き過ぎて、うまくいきません。

今回使用したギアモーターは

こちら (← クリックしてみて下さい。)

ギア比が大きく30rpm程度で回転します。

方向転換用のモーターは

こちら

見た目を考慮し、少し小さ目で強力なモーターにしました。

(定格3.7V 25000rpm N30モーター)

クランクに使用したのは

こちら

方向転換用のタイヤは

こちら

マイクロスイッチは

こちら

①

ギアモーターを開けて、長めのシャフト(2mmφ×45mm) に交換しました。

同じｔｔモーターでも黄色いタイプはシャフトを差し込める形状ですが

この白色のものは シャフトを差し込めず

シャフトを取り換えないと、この右のようにならないです。

(シャフトの取替えは結構困難でした・・・)

②

肩のあたりに、木片を貼りました。

③の足を差し込むために 待針を折り曲げて差し込んでいます。

③

足はダイソーの洋蘭支柱を折り曲げて作り、アイス棒にネジ留め、

下から3cmのところに、クランク固定用の穴を開け

アルミパイプ(4mmφ×6mm) を挿入し接着剤で固定しています。

足の一方には、方向転換用モーターを固定できるように、

金折を取り付けています。

金折はタイヤ径を考慮し、少し上の方に取り付け

④

クランクの役割のプーリーに2mmφのネジを差し込んで

足のアルミパイプに挿入し、ネジ留め。

⑤

②の本体に取り付けました。

クランクはこのような感じで

足はパイプのところで軽く回転できるようにしています。

⑥

方向転換をさせるためのマイクロスイッチに針金(鉄製 1.6mm)を取り付けます。

まず、針金にフラックスを塗って 銅箔テープにハンダ付け。

これをスイッチに取り付けました。

 ⑦

N30モーターに適当な太さのパイプを差し込み、

(私は少し太めのビニールコードのビニール部分を使用)

タイヤに取り付けました。

⑧

目はキャンドゥの ジャンボビーズに青色LEDを入れて作りました。

⑨

⑥、⑦、⑧を⑤に取り付け

背中に電池ケースも貼り付けています。

⑩

極性を合わせながら、コードをハンダ付けします。

⑪

後姿です。

方向転換用のモーターがオンになると、目のLEDはほとんど光らなくなります。

回転するとき、このようにタイヤ痕が残るので、要注意です。

動画で撮ってみました。

こちらの作品を参考に作りました。

https://www.youtube.com/watch?v=kMnu_C7wMsg

これ以外の実験や工作も掲載していますので、

こちらも見てみて下さい。

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