2019年12月21日土曜日

工作「回って光る観覧車」

この季節、あちこちで見られる綺麗なイルミネーション!
それを見ていると、私も作ってみたくなり
「回りながら光る観覧車」に挑戦してみました。


<作り方>
直径5cmmの円形板に10本の長い板をネジ留めしています。
長い板は1本あたり約15mm×150mmです。
前後1つずつ、同じものを2つ作りました。

後ろ側の円形板にシンクロナスモーター(同期モーター)を取り付けました。
(uxcell AC 100-127V 0.8-1R/ 4W 50/60Hz CW/CCW)
ここで使ったCW/CCWはスイッチを入れるタイミングで
時計回りになるか反時計回りになるかが決まります。
(電子レンジのターンテーブルと同じ)
時計回り(CW)のみのものが欲しかったのですが、適当なものが見つからず
やむなくCW/CCWを使用しました。

前側の長い板には TapeLED(SK6812 96個/m)を12個ずつ貼り付けています。 

③の裏側には
リチウムイオン電池(18650)、ArduinoNano、スイッチを取り付けています。
リチウムイオン電池は3.7Vですが、5Vに昇圧するコンバータも取り付けています。
ArduinoNanoには、テープLEDを光らせるためのプログラムを入れています。
拙いプログラミングのため、恥ずかしくて公開できませんが・・・(^^;
点灯パターンは9種類です。
(この後、バランスをとるために赤丸のところにもダミーの電池を取り付けました。)

光るとこのような感じです。 

②を土台に取り付けたところです。

前の方には、③を取り付けるための円柱状の木材を取り付けています。

この後、作ることに夢中になってしまって、写真を撮り忘れ
完成後の写真になります。


⑤に③と前方の柱を取り付けました。



土台には青色LEDを埋め込んだピンポン球(φ40mm)を12個取り付けました。
(当初、青色LEDではなく色が変化するLEDにしたのですが、
あちこちで色が変化して落ち着かないので、青色1色に変更しました。)


シンクロナスモーターは100V交流電源ですが、
⑦の青色LEDは順電圧が約3.5Vまでの直流電源が必要です。
LED用にはUSB電源アダプタから取り出したAC100V→DC5Vのコンバータを使用し
ダイオード3本を直列に繋いで電圧を約2V落としてLEDを並列に繋ぎました。


ゴンドラに使用したピンポン球はφ27mmの小さなものです。
中には色が変化するLEDを入れ、
電源はテープLEDと並列にしてリチウムイオン電池から取っています。
この写真の銅針金の左側は約3V、右側はGNDです。
(ここでもダイオード3本を直列に繋いで電圧を5V→約3Vとしています。
Arduino&テープLEDには5V供給です。)
LEDの足を曲げ、引っ掛けています。

上から見たところ

前から見たところ

光るとこのような感じです。


2019年10月22日火曜日

ソーラーくるくる (solar mendocino motor)

小さなソーラーパネルがくるくる回るおもちゃを
時々見かけるようになりました。
調べてみると「solar mendocino motor」と言うそうです。
mendocinoについて、いつもお世話になってるY野さんが調べて下さりました。
"The name comes from the location of his workshop on the Mendocino coast of California."
由来だそうです。

しかし、このおもちゃ あまりにも高すぎて(ほぼ1万円以上)
購入出来ないので、作ってみることに・・・
(1枚バージョンは市販品では見かけませんが、手軽に作れて仕組みもわかりやすいです。)

<1枚バージョン>
36秒目あたりから電車が見えます。
(電車の走る風景を載せるために映像後半が長くなってしまいました。
その割に電車が小さくってよくわからないけど・・・(^^;)

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この1枚バージョンの方を販売しています。
詳細はこちらをご覧ください。
https://www.eneene.com/netshop/4solar.html


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<4枚バージョン>

1枚バージョンは
ソーラーパネルに光が当たるときと当たらないときを繰り返すことで
4枚バージョンは
光が当たるソーラーパネルを入れ替えることで
うまくスイッチングできて、回転し続けることが出来ます。

ソーラーパネルは全て、53X18 (0.5V 100mA) を使用しています。

<1枚バージョンの作り方>
φ0.1mmのUEWを径15mm程度のものに200回巻き、
巻き始めと巻き終わりをソーラーにハンダ付けします。
さらにパネルの上下に針を固定しています。
(針はまずエポキシ系接着剤でパネルに固定してから黄色と赤色のシールを貼っています。)

 ②
ワイヤー(洋蘭支柱の被覆をはがしたもの)をU字型に曲げ、
上の方にφ4mm×2mmの磁石を貼っています。
下の方はφ3mm×10mmのパイプを板に埋め込み、
後ろに柱を立てて、φ13mm×3mmのネオジム磁石を貼りました。

①の下の針を②のアルミパイプに通し、上の針をU字型の磁石にくっつけます。
下の針は地面にはつかないようにします。
針が上の磁石にくっついてぶら下がっている状態です。

映像のように左右から光を当てると回転します。
正面から光を当てても回転しますが、左右から当てた方が回転しやすいと思います。

<4枚バージョンの作り方>
2cm角の木材の中心に穴を開け、φ4mm×70mmのパイプを通し
パイプの先端には釘の先の方をカットして接着しています。

φ0.1mmのUEWを400回巻きました。

②と直交するように、φ0.1mmのUEWを400回巻きました。
(②のUEWとは接続していません。)

 ④
パイプの上の方に取り付け金具を4つ取り付けた正方形の板を固定しています。

④の取り付け金具にソーラーを貼ったところです。

ソーラーとコイルの接続は下図のように
向かい合わせのソーラーのプラスとマイナスを接続し、
その中間にコイルの巻き始めと巻き終わりを接続。
直交するコイルも同様にします。(極性を合わせる。)


この接続方法はこちらの動画を参考にさせて頂きました。

⑥ 
土台には洋蘭支柱を曲げたものを2本固定し、
支柱の上の方にφ6mm×3mmの磁石を貼り付けています。
下の磁石は向かい合わせにそれぞれφ15mm×5mm×2個を取り付け金具に貼っています。
極性は片方はN極、もう片方はS極が内側を向くようにします。 
磁石の間に銅の針金を立てています。(その後 銅くぎに変更。)

日の当たらないところでも実験出来るように
支柱の左右にLEDライト(COB(チップオンボード)型)も取り付けました。

 ⑧
⑤のパイプの下に⑥の針金を差し込み、
釘の頭を上の磁石にくっつけてぶら下げます。
ライトを光らせる電源にはモバイルバッテリーを使用しています。


<回転方向の考察 ~1枚バージョン~>
ソーラーパネルに光が当たるとコイルに電気が流れます。
ソーラーパネルと磁石の位置関係は下図のようになっていて、
磁石に近いコイルには電磁力が働き、回転をします。
ソーラーパネルが裏向きになったときには、コイルに流れる電流は少なくなり
電磁力はほとんど働かず惰性で回ります。
(もし裏向き状態でも光が当たってコイルに電流が流れると、
逆向きの電磁力が働き回転し続けることは出来ない。)



<回転方向の考察 ~4枚バージョン~>
磁石は土台に固定され、パネルとコイルが回転する状態です。
(パネル+コイル)は同じものを2組、直交した状態で配置していますが、
下の図は1組分で考えています。
光の当たったソーラーパネルの方から多くの電流が流れ、
両側の磁石によりコイルに電磁力が働き(パネル+コイル)が回転します。
(パネル+コイル)が半回転すると、パネルは入れ替わりますが
パネルと磁石の位置関係は同じなので
同じ方向に回転します。(コイル内の電流は常に変化している。)

2019年10月2日水曜日

電極をさわると光る!音も鳴る!(LOVE Checker)

両側の電極をさわるとLEDが光って音が鳴る装置を作ってみました。



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この装置を販売しています。
詳細はこちらをご覧ください。
https://www.eneene.com/netshop/6love.html

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光って音が鳴る仕組みは、
電極をさわったときに人体に流れるわずかな電気を
トランジスタで増幅することで
LEDを光らせるために必要な電気や音を鳴らすために必要な電気を
送れるようになることです。
これと同じ仕組みです。

本体にはダイソーのプッシュライトミニを使用しました。

 厚紙にLEDを8個並列に接続しています。

配線のためのブレッドボードは秋月のEIC-301をカットして使用。
最近このブレッドボードが接触抵抗が少なく気に入ってます。
もちろん、ユニバーサル基盤を使ってハンダ付けすればもっといいのでしょうけど・・・
電極はアルミパイプ5mmを使用しました。
上の方の緑色のものが「PAM8403」というD級アンプです。

 スピーカーとLEDも接続したところです。 
スピーカーはダイソーの「笑い袋」に入っていたもので
恐らく8Ω0.25Wのスピーカーと思います。

LEDの方はトランジスタを2個使って、ダーリントン接続に
音の方はトランジスタ1個~メロディーIC~アンプ~スピーカー
と接続することで、大きな音を鳴らすことが出来ました。
トランジスタは2SC1815GR、
メロディICはUM66Tシリーズ
アンプはD級アンプ PAM8403を使用しています。
電源は単3(1.5V)のマンガン又はアルカリ乾電池を3個を使用します。

映像にもあるように、2人で電極をさわって手をつなぐと
光って音(ウェディングマーチ)が鳴るので、
「LOVE Checker」パーティグッズとしていかがでしょうか?
数名で輪を作って手をつないでも、光って鳴ります。

(但し、屋内でたたみや絨毯、フローリング等の上に素足や靴下で立った場合は
足経由で電気が流れるので、手をつながなくっても光って鳴ります。
この場合は、発泡スチロール板などの上に立つことでうまくいきます。)



ミニ版も作ってみました。

ミニ版は電源にCR2032のコイン型リチウム電池1個(電圧3V)を、
音源にUM66TシリーズのメロディIC~圧電スピーカーを使用しています。




2019年8月26日月曜日

ジャンピングロボ

最近、Facebookで台湾のお友達が増え、
工作に関する情報を色々と教えて頂くようになりました。
台湾の方はみなさんとても熱心で、いい刺激を頂いています。

今回作成したジャンピングロボも、台湾のお友達がシェアされていたこちらの動画
を参考に作りましたが、主に次の2点を変更をしています。

・7.4Vのリポバッテリー → 3.7Vのリポバッテリー
・ゴムを使ってモーターを降ろす方式 → ギア方式

参考にさせてもらった作品は、可愛く軽快に飛び跳ねていますが、
このような感じに作るのはなかなか難しく
結局 私はどれくらい高く飛び跳ねるかに挑戦することに!(ほぼあきらめ境地😅)

こちらが私の作ったものです。

<作り方>

本体のギアはこのような長さ125mm、歯数83の細長いギアを使いました。

このギアを10cmくらいにカットし、両側にアイス棒を貼っています。


上下に板をネジ留め(上は丸棒にしました。)

完成後このようにモーターに付けたギアとかみ合わせることになるので、
幅はこれに合わせて上下の板を取り付けます。


取り付け金具を2枚ネジ留めし、さらに木板をもう1枚取り付けました。
 このようにすることで、体の角度を変更できることが出来ます。

この木板に足をボンドで貼っています。
足は18mm×150mmのアイス棒。

上の丸棒の真ん中にもネジを取り付けています。


ギアモーターはギア比1:120のものを使用しています。
(1:48はゴムを引っ張る力が弱いですが、小さなジャンプでOKなら大丈夫と思います。)
スイッチを取り付けるための板と、
小さなヒートンを2か所に取り付けました。


 ⑤
モーター~スイッチ~電池コネクタを接続しています。


モーターに取り付けるギアです。
白いギアは直径29mm 歯数56のものです。
AliExpressで「562A」で検索すると出てくると思います。
黒いものはTTモーターホィールで、
中心穴がギアモーターの白いシャフトにピッタリはまります。
中心を合わせて2枚をネジ留めし
左右対称になるように、ニッパで歯をカットしました。


ギアモーターに⑥を取り付け
電池側の穴にM3×60mmのネジを差し込んでいます。


⑥のネジにゴム紐をかけて、③に取り付けます。
普通のゴムでは摩擦抵抗が高く上下しにくいので、ゴム紐を使っています。


丸棒のネジから背中側のヒートンへ 4本、前方のヒートンへ4本のゴムをかけました。
ゴムの本数でジャンプする高さが変わります。

使用したゴムは直径1cmくらいのポリウレタンゴムです。

この状態で動かしてみるとかなり高く飛ぶのですが安定性に欠けるため、
足元にM7のナットを貼っています。


<リポバッテリー使用時の注意事項>
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。

<後記>
今回一番大変だったのは、着地をしたときにロボが飛び跳ねる対策でした。
足の裏に滑り止めシートを貼ると、
つんのめって、ロボはこけてしまいます。

足を大きくしたり、小さくしたり、平面状にしたり、
テープを貼ったり、スポンジを貼ったりと
思いつくことを手あたり次第やってみましたがダメ・・・

でも参考にさせてもらったロボは全く飛び跳ねることなく
綺麗に着地しています。

この違いは何だろう?と色々と考えてみましたが、
ひょっとすると、跳ね終えて着地をする前に、
ゴムが木に接触して、ギアモーターを降ろし始めてるのかなぁ?と・・・
(間違ってたらすみません。)

ならば!私も小さいギアで!! と思って挑戦してみましたが
ギア同士の咬み合わせがうまくいかず、断念・・・
(数か月放置・・・😅)

2週間前に引っ張り出して、再挑戦!
ギアは結局大きいものでやることとし、
足を逆ハの字型から平行に並べたスキー型に変更。
さらに足におもりをつけることで、ある程度は安定しました。
もちろん完ぺきではありませんが・・・
おもりは重ければ重いほど安定しますが、飛ぶ高さは落ちてしまいます。
(高さが落ちることでより安定します。)
・ギアの歯数
・上から前後にかけたゴムの本数
・白いゴム紐の張力
・体の角度
等によっても、飛び方や着地の仕方が変わってきます。

もう少し調整すれば、良くなるかも知れませんが、
今回はこのあたりで断念ということで・・・😥