2018年05月

sakaiです。

NHKロボコンの設計がもう少しで本格的に始まってしまうってのと、世界大会用の新機体の設計に疲れたため気分転換もかねて「自作メカナム」について適当に書いていこうと思います。
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今回は
  1. メカナム機体を設計する時の注意点
  2. sakai流自作メカナムの分かりづらい設計解説
の2つについて書こうと思います。
では早速

1.メカナム機体を設計する時の注意点

僕がメカナム機体を設計する時に一番注意してほしいことは、メカナムを片持ちで取り付けるとシャフト径によってはシャフトが曲がる危険性がある
ということです。
少なくともシャフト径3mmの場合は曲がると思います。(てか曲がりました。)

ロボカップではスタンダートとなっているオムニホイール、皆さんはきっと片持ちでつけてますよね?
でも、オムニを片持ちで取り付けていてシャフトが曲がった経験がある方はほとんどいないと思います。
じゃあなんでメカナムだと曲がるの?

てなわけで、これから僕が考えるシャフトが曲がる原因の一つを説明していきたいと思います。
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右がメカナムとモーターのユニットを横から見た図、左が裏から見た図です。
黒矢印が外部から加わった力(試合時の敵オフェンス機からの衝撃)、赤矢印がメカナムを通し分解された力だと思ってください。
僕が伝えたいことが図を見てなんとなく分かる人もいると思いますが、超大雑把に説明すると
メカナムホイールはオムニホイールと違いサイドホイールがシャフトに対して斜めに取り付けられているため、メカナムはオムニに比べて力がシャフトに伝わりやすい。
よってシャフトが曲がるのではないか?と、考えています。

なので、メカナムを機体を設計するときは、メカナム両持ち、もしくはシャフトを守る設計をすると良いと思います。

シャフト径6mmとかだったら片持ちでもまず曲がらないと思いますが。

まぁ、両持ちにしたりシャフトを守る設計をして悪いことはないから、多少間違っててもいいだろう程度のノリで書いてるので、間違いや訂正してほしい箇所があったら是非コメントで教えていただけると嬉しいです。(語彙力さえあればもっといい説明したかった)

メカナム機体を設計する時の注意点については以上です。


2.sakai流自作メカナムの分かりづらい設計解説
まず最初にCat-Botのメカナムは大体こんな感じだよって分かるようなCAD上での写真をいくつか載せたいと思います。
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※教育版solidworksを使用しています。


では、僕の設計した自作メカナムの分かりづらい設計解説をしていきたいと思います。

①.大体こんなサイズのメカナム作りたいっていう円筒を作る。
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②.①で作った円筒の中間平面に対し45°に傾いた平面を作り、自分の使いたいサイドホールと平行ピンが入るようにスケッチし、回転カットをする。(そうするとサイドホイールが一個入る感じのデータができる。)
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③.②のカットを実装したいサイドホイール数だけ等間隔に複製する。

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④.使うモーターにつけられるように各自工夫をする。
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(僕の場合は下の写真みたくできるように設計しました)
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⑤.④までのデータを2個保存する。サイドホイールを入れられるようにするために、サイドホイールをセットする部品と蓋の部品に分ける。
(下写真:蓋の部分を切り落としサイドホイールをセットする部品を作っている。)
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(下写真:サイドホイールをセット部分を切り落とし蓋を作っている)
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※このとき、中心で分けてしまうとサイドホイールをセットできなくなるため、中心からずらし蓋の部品と、サイドホイールをセットする部品に分けられるようにする。
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⑥.完成
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ってな感じです。

そしたら、サイドホイールをセットし、最後に蓋をのせネジ締めしたら終わりです。


すでにCAD使っている方は、「メカナムめっちゃ簡単じゃん!!」と驚いたことでしょう。

ちなみに僕は平行ピンを通す穴を、平行ピンの径に+0.36した数値で設計していますが、3Dプリンターの精度や使うフィラメントによってベストな設計寸法は変わってきますので、そこら辺のプラスマイナスは各個人で頑張って下さい。(Cat-BotはPETGというフィラメントを使っています。)

ここが特に分かりづらいっていう点がありましたら、コメントをいただけると嬉しいです。
今回の内容に関係のない、「こんなの書いてほしい!」などのコメントもいただけると嬉しいです。

最後にですが、僕は高専で「電気電子システム工学科」に所属していてCADを授業で学ぶことはなく、先輩による短期間の講習と、NHKロボコンで設計をしているうちに少し覚えました。なので、非効率的な設計方法であったりなど、CADに詳しい方には耐え難い下手な設計をしているかもしれませんが、そこはもう本当にごめんなさい。

あと、今回のメカナムは3Dプリンターあることが前提なので、3Dプリンター導入できない方はごめんなさい。


これから下はご指摘いただいた点での後付けです。……
2.sakai流自作メカナムの分かりにくい設計解説の
工程⑤でコンフィギュレーションを使えば便利!!とのことでした。
ご指摘いただきありがとうございますm(__)m


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写真左上に「コンフィギュレーション」と書いてあると思います。
solidworksにはコンフィギュレーションという便利な機能が備わっていますが、正直説明が面倒なのでリンクしてあるテキスト貼っておきます。

solidworksヘルプにも書いてありますが、簡単に説明すると 1 つのドキュメントで複数の部品やアセンブリ モデルを作成できる機能です。

CADすべてにこの機能があるかは分かりませんが、solidworksではこの機能を使うと非常に便利です。

もし同じ、もしくは似たような機能が備わってないCADをお使いの方がいましたら、工程⑤で書いた通り横からカットしちゃって下さい。


どしどしアドバイスください。

おおがきオープン行きたかった……

以上、sakaiCat-Botでした。

Cat-Bot設計担当のsakaiです。
遅くなりましたがジャパンオープンで使用したディフェンス機体について説明したいと思います。
 ブログ書くの初めてなので誤字脱字、意味不明な点とかあったらすいません。コメントで指摘していただけると嬉しいです。

今回は
  1. ディフェンス機体の大雑把な説明
  2. トップスピンキッカーについて
の2つを説明していきます。

1. ディフェンス機体の大雑把な説明
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CB3全体

上の写真がジャパンオープンで使用した2機で、ディフェンス機体は写真右側の機体になります。
下の写真はCAD上でのディフェンス機になります。
まず機体の仕様です。

Hardwere ↓ 

Body: A2017, PETG
Motor: maxon DCX16,A2208KV1100
Gearhead: maxon GPX16
MecanumWheel: A2017,PETG
Solenoid: CA1029
Processer: NUCLEO-F446RE(Mbed OS 5)
Camera: OpenMV Cam M7
IMU: JY-61
MotorDriver: DRV8532
Ultrasonic: US-016
Battery: Hyperion Lipo 3S 2200mAh
LineSensor: NJL7502L
Step-up: XL6009
ESC: X-Rotor 20A

モーターはそれぞれ
足回り用のモーター :maxon DCX16
キッカー用のモーター:A2208KV1100

上記のように使用しています。

で、キッカー用のモーターってなんぞや?って思いますよね。
実際に対戦したチームの方はご存知かと思いますが、ジャパンオープンではドリブラーを逆回転させキッカーとして使用していました。(以降、このキッカーをトップスピンキッカーと呼ぶものとします。
よってキッカー用ソレノイドは全く使っていませんでした。

2.トップスピンキッカーについて

キッカーを上記のようにした理由を説明します。
 まず一つに、ソレノイドキッカーの場合、キーパーはフィールドの前方向移動せずゴールの前でとどまっているため、ボールが機体にぶつかりソレノイドキッカーの可動範囲外に跳ね返り、うまくキックできない可能性があります。
その点、トップスピンキッカーの場合、機体にボールがぶつかっただけで自動的にキックができるという利点があります。

 二つ目の理由はトップスピンキッカーのキック力の特性にあります。
自分たちの実験した結果、トップスピンキッカーに当たるときのボールの速さが速いほど、キックの威力が強くなります。
よって、車検時のキック力測定では初速が’0’の状態でキックするので威力が低いですが、試合時には相手がキックしてきた速さの速いボールが当たるため、キックの威力が高くなります。そして良い条件がそろった場合、ソレノイドキッカーではルール的に無理なレベルのキックを打つことができます

toppu

上写真:トップスピンキッカー

一番最初の写真で分かるように、このトップスピンキッカーの幅は150mmと非常に大きく、機体前方の広い範囲でキックすることが可能になっています。


そして、ドリブラーでもトップスピンキッカーでも問題となってくるのがボール削る問題、シリコンチューブを高速回転させてキックしているトップスピンキッカーでは、ボールが回転していない(ボールに何かしらの負荷がかかっている)状態で、高速回転しているチューブが当たり続けると、ボールは簡単に削れてしまします。
このボール削れる問題対策が上写真のキッカーには施されています。

回転の伝達にOリングを使用しているのが、この対策のカギとなっています。

Oリングを使って伝達した場合、シリコンチューブに過度な負荷(ボールが削れるような負荷)がかかるとOリングとプーリーが滑り、ボールを削ることを防ぎ、超高速回転させてもボールが削れないようにしています。


今回は以上です。

今後、自作メカナム、ドリブラーなどについて適当にブログを更新出来たらなぁと思っています。
NHKロボコン終わるまでめんどくさくて更新しないかもしれませんが。
何か機体以外でも説明してほしいこと、質問などがあったら是非コメントください。

以上(sakai Catbot)でした。

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