～迷路探索ロボット【マイクロマウス】のメカニズム～

メカニズム（Mechanism）とは「機構」のことで、生物の骨格に相当します。

2輪駆動・操舵方式とは？

スターウォーズのR2-D2の台車メカニズムです。
( R2-D2 → https://starwars.fandom.com/ja/wiki/R2-D2 )

2つの車輪を個別に回転することによって、全身／後退／スラローム／ブレーキなどの動作が出来ます。
また2つの車輪の一つを逆に回転することによって、その場回転ができます。

2足歩行のC-3POに比べると、R2-D2の動きは「コンパクトで軽やか」そして「可愛い」ですね。
( C-3PO → https://starwars.disney.co.jp/movie/lastjedi/character/c-3po.html )

今回は変則4輪駆動・操舵方式 マイクロマウス台車メカニズムを解説します。

■ 【変則4輪駆動・操舵方式】
マイクロマウスメカニズム

今回は、【変則4輪駆動・操舵方式】マイクロマウスメカニズムを紹介します。

2輪駆動・操舵方式を4輪にしたもので、R2-D2のように、高速で小回りがきくところが特徴です。
また、自動車のようなデフギアが不要なので、構造がシンプルです。

進行方向左側ユニット
          1つのモータで2つの左車輪を回転します。

進行方向右側ユニット
          1つのモータで2つの右車輪を回転します。

【変則4 輪駆動・操舵方式】
マイクロマウス

それでは、モータを作ってみましょう。

まず、モータメーカー各社のWebカタログから、モータを探します。

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MAXONカタログより
https://www.maxongroup.co.jp/maxon/view
/product/motor/dcmotor/DCX/DCX19
/DCX19S01EBKL503

インターネットは便利ですね。
昭和40 年代は、厚さ 5 cm のカタログを取り寄せて、モータを選定していたんですよ！

CADオペレータ、ココにあり！
モータ、センサ、歯車などのメーカーでは、Webカタログを公開していますが、カタログには、非常に多くの図面が掲載されています。つまり、製品の数だけ図面があり、CADオペレータの出番ですよ！

規格は超重要です！
互換性を保つため、製図には厳格な規格があります。日本の製造系企業では、JIS(日本産業規格)に準拠した製図ルールが使われています。JIS機械製図は、ヒューマンアカデミー 機械製図講座で解説しています。CADオペレータには図面を正しく読み取る能力が必須です。

今回は、製造系3DCADシステムAutodesk Inventorを使用します。

Autodesk Inventorは、ヒューマンアカデミー Inventor講座で解説しています。VODは私、浅野が制作しました。（受講生の話では、越後弁で解説しているそうです。聞き苦しくてごめんなさい。）尚、Inventorは「発明者」の意味です。

パーツを新規作成します。

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テンプレ－トは ja-JIS (日本産業規格)  Standard.ipt を使用します。

拡張子 ipt は　Inventor Part の意味です。

起動時の3D空間には、座標系以外、何も存在しません。

座標系
YZ、XZ、XY…….3つの平面（Plane）
X、Y、Z………….3つの軸（Axis）
原点……………. 1つの原点（Center Point）

これらが設計の始まり・・・つまり、座標系はご先祖様です。

まるで、宇宙の始まり【ビッグバン】のようですね。

以下、モータのモデリング手順を紹介します。

モータ本体部分を作ります。

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図面に従って、ＸＹ平面に直径17mmの円をスケッチし、押し出します。

図面をよく見ると、直径19mmであることに気が付きましたので、
スケッチをダブルクリックして19mmに修正します。

設計変更が一発でできるのが、魅力ですね。

パラメトリック変形技術
大きさに無関係に、形から入り、後から寸法を変更する技術です。

エンコーダ部分を作ります。

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図面に従って、モータ本体の平面に直径15mmの円を
スケッチし、押し出します。

以下、図に示す手順により、モータの完成です。

以下、モータ以外のパーツをモデリングします。

紙面の都合により、作業手順は省略します。

シャシ

シャシは、電子回路パーツを搭載するプリント基板を兼ねます。
材料はガラスエポキシ（複合材料）です。

モータブラケット

モータブラケットは3Dプリンタで作ります。

アセンブリモデル

それでは、組付け（アセンブリ）を行ってみましょう。

アセンブリファイルを新規作成します。

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テンプレ－トは ja-JIS (日本産業規格) Standard.iam を使用します。

拡張子 iam はInventor Assembly Modelの意味です。

シャシにモータブラケットを取り付けます。

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皿穴とねじ穴の中心線を一致させます。

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シャシとモータブラケットの面を密着させます。

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モータを挿入します。

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ピニオンギアを取り付けます。

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PCのシャットダウンに注意！
実際の歯車は複雑で多くの曲面を持っていますので、CPUに大きな負荷を掛けると同時にメインメモリを大量消費します。最悪の場合、PCがフリーズします。歯車を円柱で代用するのは、そのためです。カッコ良さよりも、納期優先

-----CADオペレータの合言葉です。カッコよさや美観は工業デザイナーさんに任せましょう！

ボールベアリングを取り付けます。

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２つ重ねて使用することにより、軸のブレがなくなります。

ボールベアリングに軸を挿入します。

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軸に平歯車を挿入します。

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ギア比は 1:3 となります。
つまり、ピニオンが3回転すると、平歯車が1回転します。

平歯車は3Dプリンタで加工します。
材料はナイロン6/6を使用します。

エンプラ（エンジニアリングプラスチック）
工業用の高強度のプラスチックをエンプラといいます。
ナイロン6/6はエンプラの代表格です。

軸にホイールを挿入します。

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ホイールは3Dプリンタで製作します。
材料はナイロン6/6を使用します。

色を変えているのは、設計し易くし、設計ミスを防止するためです。

タイヤを取り付けます。

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タイヤはミニ4駆のタイヤを流用します。

左側ユニット完成

右側ユニット完成

 皿ねじを挿入し、

スプリングワッシャとナットで固定します。

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ロボットの振動により、ねじが緩まないように
スプリングワッシャを使います。

センサブラケットを制作します。

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センサブラケットは3Dプリンタで加工します。
強度が不要なので、材料はあんかなもので構いません。

センサユニットの組付け

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センサブラケットに、
赤外線LED（発光ダイオード）、
赤外線フォトトランジスタ
を挿入します。

センサの解説は、assist記事第6回を予定しています。

シャシにセンサユニットを取り付けて完成です！

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お疲れ様でした。

メカトロニクス技術は21世紀の日本をけん引する重要な技術ですから、
【学習に役立つ豆知識/スキル】 満載です。

第3話は、メカニズムのお話をしました。
第4話のテーマは、【マイクロマウスのアクチュエータ】です。
3Dプリンタに使われているステッピングモータや、DCモータなどのお話です。

どうぞ、お楽しみに。

参考サイトURL

公益財団法人ニューテクノロジー振興財団 2022年全日本学生マイクロマウス大会
https://www.youtube.com/watch?v=RattIXpA8OI

公益財団法人ニューテクノロジー振興財団 マイクロマウス大会ルール
https://www.ntf.or.jp/?page_id=118

R2-D2
https://starwars.fandom.com/ja/wiki/R2-D2

C-3PO
https://starwars.disney.co.jp/movie/lastjedi/character/c-3po.html