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サーボモーター制御回路

サーボモーターを制御するパルス信号を発生させる回路を作りました。
ジンバルに取り付けたスイッチのオンオフでパルス幅が変化します。
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ジンバルの軸はABS樹脂製でジュラコンのパイプを被せ、隙間に二硫化モリブデングリースを詰めてあり、粘性クラッチになっていますが、もう少し軸の直径を太くしたほうが良さそうです。バランシングスイッチはカセットデッキのモーター用スイッチを二つ使用しています。
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サーボモーターの動作速度を制御するのは困難で、反作用の為に振動してしまい、数秒しか自立できません。まだ手動制御の方が安定します。
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重心移動方式

フライホイルを左右にスライドさせて重心を移動することによりバランスを
とります。「鉄道模型趣味」5月号のHM氏の説明にあるように、重心移動
だけで自立走行させるのは無理のようですが、姿勢制御の実験には最適です。
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フライホイルはビデオデッキの回転ヘッドで、モーター部分にIC基板が付
いている物はコネクタに配線すればモーターは回転しますが、毎分1800
回転用に設計されているので、あまり高速で回転させるのはむずかしく、電
圧も10数ボルト必要です。
本機は三菱のHV-F70用の物で12Vで3800回転。コイルの巻き
数を減らすと、7.4Vのリチウムイオン電池で約5000回転になりました。
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電源を接続する端子は大抵コネクタ付近の基板に端子名が記載されています。何も書いてない場合は低い電圧をかけて電流を測定しながら電源用の端子を見つけます。

Vcc    電源 +
Vs      制御信号入力
GND     電源 0V
FG・PG   回転数検出信号出力

VccとVsの両方に電圧をかけると回転します。
○ビデオデッキは精密に調整されているので一度分解すると元に戻すことは
ほとんど不可能です。壊してもよい物で実験しましょう。

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最初は手動でサーボモーターをコントロールします。車体が少しでも傾いた
らゆっくりと重心を移動し、車体が水平になる直前に重心を中央に戻します。
水平になってから戻すと反対方向に傾いてしまいます。

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粘性クラッチによる制御

これは二週間前に完成していましたが、ブログを始める準備や記事の作成に
時間がかかってしまいました。
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ジンバルの上にカセットデッキのテープ扉に付いているオイルダンパーを取
り付け、そこから出ている針金でローラーのガイドを動かし、ジンバルの動く速度に応じてフィードバツク量を調節します。
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この方式は予想以上にうまく作動して、ほとんど揺れずに安定して自立します。
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ジャイロモノレール3 粘性クラッチ制御 [アクセス解析]

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重りを載せるとジンバルが移動してバランスをとります。
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ジャイロモノレール3 積載試験 [SNS]

直線のレール上を一時間以上往復走行します。

[高画質で再生]

ジャイロモノレール3 粘性クラッチ制御2 [SEO]

ジャイロモノレール 2

倒立振り子による制御方式

倒立振子制御型

ジャイロモノレールを安定して自立させる有効な方法は「正帰還ジン
バルコントロール法」だそうです。モノレールの車体が傾くとジャイ
ロ効果によりジンバルが回転し、傾きを戻す力が発生します。これは
地球ゴマと同じで、この効果によって地球ゴマはかなり傾いても倒れ
ずに回っていられますが、ジャイロモノレールは車体の重量が大きい
ので、ジャイロ効果を増幅する必要があります。
これには電気的な方法と機械的な方法がありますが、なるべくハイテ
クを使わずに作りたいので、機械的な制御を試します。

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回転するフライホイルの軸の先端がスリット状のガイドの隙間を移動
できるようにして、上下どちらかのガイドに接触すると摩擦力により、
軸が移動するのでジンバルが回転します。
私はあまり本を読まないので知りませんでしたが、この方式は工作の
本によく載っているらしいです。

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まず倒立振子でガイドを上下に動かしてみましたが、振子が少し倒れ
ただけではジンバルは動かず、車体がかなり傾いてから元に戻ります。

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倒立振子は中立の位置にあることがほとんどなく、ジンバルが常に左
右どちらかに回転しているため、左右の揺れが大きく、机の上なら自
立できますが、レール上を走らせると脱線してしまいます。

本機は走行装置にカメラの部品を使用しましたが、カメラの内部には
高電圧回路があり、電池を抜いてあっても数百ボルトの電圧がコンデ
ンサーに充電されていて感電の危険がありますから分解しないほうが
無難です。

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ジャイロモノレール 倒立振子制御方式 [方法]

ジャイロモノレール

ジャイロモノレールの製作

作家で工学博士のHM氏が研究なさっているジャイロモノレールの三号機を模倣して作ってみました。こちらのサイトに詳しい製作過程が掲載されています。   http://akubilr.asablo.jp/blog/

数学の不得手な私には難しい理論は分からないので、製作しながら理解しようという方針です。

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三号機は水平横軸のフリージャイロ方式でジンバル(フライホイルの枠)が自由に回転できる構造です。

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ジンバル部分を車体から取り外したところ
軸受をピボット式にしたので、ジンバル部分は車体から簡単に取り外せます。
ジンバルが抵抗なく回転できるように、モーターの電源はジンバルの軸受から供給しています。

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フライホイルはVHS-Cビデオデッキのキャプスタン用のものです。モーターはマブチのRS-380SPのコイルの巻き数を増やして消費電流を少なくしました。
モーターとフライホイルはスプリングジョイントで連結してあります。これにより振動と音は小さくなりますが、強力なモーターだとスプリングジョイントが捩じれてしまいます。

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 車体の下側
走行装置はカメラのズーム用モーターとギアです。
竹ひごで逆転スイッチを動かします。

この方式では制御装置が付いていないので、左右のバランスを調整し
ても数秒間しか自立できません。
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ジャイロモノレール [SEO対策]
動画の画質がイマイチなのはカメラの性能のせいでしょうか。