D-Slot ベルトドライブ

謹賀新年。2017年突入です。

 

さて、今年一発目のブログです。昨年中に荒く設計は出来ていたのですが、試作品を動かすところまではたどり着けませんでした。現在も続行中で、とりあえずだいぶ出来てきました。このあたりで、1歩引いて考え直してみる時間も必要だと思うので、いったん思案中のものを公開してみます。音楽聴いたり、猫と遊んだり、アリエク物色したり、あれこれしていると進み具合が悪くてね。

 

さて、本題です。

フレームはいろいろあるのですが、ミスミの2020 のタイプから作っています。バリエーションはたくさんできそうですが、2020 のフレームは世界中にありますので汎用になりえる代表的なものだからです。汎用的に使えるフレームが、D-Slot の代表的なメリットですからね。

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いろいろなタイプを考えたのですが、結局ステッピングモーターが筐体の内側に納まるような配置がベストということになりました。

 

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内側のアルミフレームの隙間にベルトを通しています。設計上は、ここにGT2 のベルトは通りそうなので、とりあえっずこんな感じになっています。実際組んでみると、あれこれ改造ポイントが見えてくるかと思います。 0_2020D-Slot_sample_5 2

反対側は、ベアリングで駆動するプーリーです。モーターに付けるのと同じものをチョイス。

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D-Slot 部分にベルトをかませるものはまだ作っていませんが、上下のベルトに固定する感じにする予定。ベルトのハリ調整をどのようにするかは、まだ考え中です。

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結構タイトな感じですが、作ってみるとどうでしょうかね。何か問題が出るかもです。

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結構ぎりぎりです。

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ステップモーターは、M3 の 12mm で固定予定。45度傾いた D-Slot フレームの 2020 はM5 と固定ビットを45度の穴からフレームにかませて固定です。フレームは2点止めですが、ブラケットを少し長くして4点で締めたほうがいいかもしれません。

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このブラケットの中はこんな感じ。

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本来は、この筐体の位置関係です。これは左右のY軸になる感じです。

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筐体に固定する部分をブラケット側に付け足すか、別パーツにするかは検討中。一体式にしたほうがよさそうですね。

 

3Dってホント、便利ですね。作る前からある程度は懸案ポイントが見えてくるというところが偉大です。現場合わせ、1点ものばかりDIYしてきたのですが、こうして図面を3D で起こしてから作れる時代で、しかも無料という。すばらしすぎます。

 

あと、最後に今年の抱負。

・CNC ルータ元年にする!絶対完成させる。

・CNC でアルミや硬い木を削って、かっこいいプロダクトを作りたい。

・以上が出来たら、旋盤を自作したい

いろいろありますが、3つくらいにしておきます。昨年の正月は、Sigrok の Pulsviewでロジックアナライザーで遊んでいました。E-Ink のマイプロジェクトが途中で止まっていますので、どこかで再開したいです。2番目のプロダクトで実現したいですね。木とアルミを使ったE-Inkパネルとかめっちゃくちゃカッコ良さそう。

旋盤も買えば10万くらいですが、自作してみると楽しそう。実際自作しているパワーユーザはいますしね。手作業だけで、4ツメチャックの旋盤作っている方の映像見ていましたが、S45C の材料を糸鋸で丸く切断しているのは、すごいと思いました。気が遠くなる時間がかかって切断したのだと思います。手作業がすべての基本なんだなと改めて思いました。

 

何歳まで生きられるかわかりませんが、ジジイになってもDIYしていたいです。何か作っているときが一番楽しいですからね。

とりあえず、自転車がパンクしているのでそれを直しますか。

 

とりあえず、三角のV-Slot 部分だけ、Thingiverse に公開してみました。

D-Slot__Diagonal_V-Slot__by_junkhack_-_Thingiverse 早速、コメントがあって、なんで V-Slot じゃないのよって。名称が、わかりにくいかな?

11/11 アリエクの自転車ホイール

が、やっと到着していました。送料無料の中では過去最高にデカイ。26インチのMTBのホイールです。前後セットで ¥ 6,157 だったから激安です。カセットスプロケットが付くフリーハブとDISKが付けれる金黒のホイールです。

送料とかどうなってるんだろう。いつも不思議なんですが。

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なんか赤いのが貼ってありますが。

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まぁ、軸のところがダンボール貫通しています。よくあることですが。もう少しマシに梱包できないものですかね。

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それでも、梱包グレードは、中の下くらい かな。なぜかと言えば、リムを厳重に来るんであったから。IMGP1103

じゃ、なぜ軸受け部分は養生しないのよ、と不思議に思うバランス感覚です。フリーハブを内側にしてくれて、ありがとう。少しは気を使ってくれたのかな。

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まぁ、注文どおりフリーハブにしてくれたのでOKです。他、少しリムに少し傷がありますがまぁ許容範囲です。前後ともDISKブレーキのHUBです。

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クイックリリースもおまけしてくれたのかな?写真には無かったから、ヨソのショップで買ったんだけどね。

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ハブがほこりっぽいです。これは PM2.5 の影響ですかね。

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これで電動自転車化するパーツが全部揃いました。ぼちぼち、作り始めます。

 

11/11 に買ったのはまだ、あと3点残っていますが、やっとkanagawa に到着していますので配送されるまで時間の問題です。全部到着しそうでまずは一安心です。一番速く来て欲しかったDISKブレーキの交換パッドが一番最後とは。まぁ、そんなものですね。

 

今日は3D モデル作り続けてたら、なんか疲れたので甘いもの物色しにコンビにに行ったら甘酒のダースが。期間限定で正月っぽいので買ってしきました。

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甘酒風味で、なかなかうまいです。IMGP1094

さて、3Dモデルの続きをやりますか。

底とフロントから面構えのデザイン

底に、MDFの21mm を敷いて、前からみたときのフレームは20×40 のミスミ5シリーズを使うことにしようかと思っています。筐体の底を目隠しできるL字の金具で結束できそうなので以下の感じにする予定。

stepmoter_

アルミフレームは、白アルマイトの普通のやつにすることに。フレームの溝にPLAで作ったキャップをはめようかなと。

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ミスミのアルミフレームは種類が豊富ですね。

5シリーズ 長方形 20×40mm 2列溝 3面溝
HFSF5-2040-135

にすることにしました。MDF はどこでゲットするかはまだ先だけども、以下の価格を目安に。21mm|MDF|材木・木材・木工素材の材木屋ざいいち

この上に100円ショップに売っているセリアのパンチボードを張り詰める感じとか。

 

もう少し、太いほうがデザイン的には落ち着く感じ。

ホイール軸受けをばらしてみた

アリエクから来た前後6000円の激安のホイールセットのグリースを新品ですが、塗り替えようと軸受けをばらしてみました。

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自転車の軸受けは、雨とかで流れるので定期的なメンテナンスをしたほうが良いですが、新品時は普通はやらないです。まぁ、しかし中華製だし、気になったのでどんなグリースでどんな玉なのか見てみたくなりました。手持ちの万能グリースに交換しようと思います。

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17mm のナットを回してバラスとこんな感じに玉が取れます。なにやら、茶色のグリースのようです。あまりいい品質じゃないと思いますので、予定通り手持ちのグリースに替えようと思います。9個のボールをとって、グリースをふき取ります。IMGP1145

カセット側も同様に玉を取ると、なにやら金属片のようなものが出てきました。

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なにやら異物が混じっていました。

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拡大してみると、明らかに何かの金属です。ありえませんね、なかなか、アタリのハブのようです。

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綺麗にふき取って、グリースを塗りなおし玉をはめておきました。

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まぁ、気まぐれでばらしたのがラッキーでした。

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こうなると、前輪もばらしておかなくてはなりません。うーむ、、、、さすが中華クオリティー。安物だったからですかね。

 

ちなみに、クイックリリースの機構にも偏心が使われています。

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今回のCNC 作りにもこういう機構をどこかに取り入れるかもしれません。

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以上!

CNC プロジェクトスタート

対角のV-Slot もいけそうだということで、今日は CNC ルータを作るためにコントロール部品を調達しました。

約2年前に、ジャンクのFDD を使ってプロッターを作ったときに使った EasyDriver でも工夫すれば使えますが、ちまちま配線するのも面倒なので、モータードライバーとシールドをゲット。CNC ルータを作るときの定番の商品です。PCBのプリントでおなじみの、Elecrow さんのお店で最新のV3.51 のをゲット。いろいろなバージョンがあるのですが、まぁ新しいのがいいんじゃないかという選択です。このあたりの情報は、参考にしているサイトが詳しいです。

CNCマシン:CNCシールド+ドライバDRV8825/A4988(まとめ)

HTB1mwXTNpXXXXceXpXXq6xXFXXXf

CNC Shield V3.51 – GRBL v0.9 compatible

¥ 1,987

 

あとは、この上に乗っけるステッピングモーターのドライバーを4つゲット。ヒートシンク付きです。

Stepper-Driver-A4988-Stepper-Motor-Driver-Module-with-Heatsink

A4988 Stepper Motor Driver

¥ 94 x 4 = 374

 

EasyDriver で使っていたモータードライバーは、A3967SLB で、今度のは A4988 。どちらも Allegro MicroSystems, LLC のチップですが、今度のは 5mm四方の QFN パッケージです。大きな違いは、1/16 のステッピングモードが出来ることと、出力が2A までいけることで性能的には今度買ったものの方が、上のようです。以前、FDDのステッピングモーターを使ったときは、学習のため、ブレッドボードに配線していきましたが、今度はもう少し楽できそうです。

 

arduino は、Nano のクローンが確か1つくらいあったと思うので、それを使う予定で、シールドと nano はそのままはまらないので少し配線が必要です。モータードライバーを3つしか使わないのなら、以下のようなシールドもあります。

NEW-Keyestudio-CNC-shield-v4-0-board-compatible-with-arduino-nano-free-shippingKeyestudio CNC shield v4.0 board

¥ 765

 

プロッター用途なら、これで十分ですね。 arduino nano clone は300円未満に買えますので、3軸のCNC なら1500円未満でコントローラー部分はすみそうですね。

 

しかし、今まで arduino uno 自体のオフィシャルバージョンを使ったことがないので、1つくらいゲットしておいてもいいかもしれません。

HTB15s5gKXXXXXXkXXXXq6xXFXXX3 HTB1pj07KXXXXXbcXpXXq6xXFXXXa

2012 Official Version Uno R3

¥ 589

 

裏面が白いのは前から欲しかったので、この機会にぽちってみました。値段も安かったですし。以前は、1000円以上はしていた記憶があります。

600gのカメラが載る 3軸 DIY Gimbal の研究

数年前から、3D プリンターを買ったら作ってみたかったモノで、3軸の Gimbal があります。モーターはブラシレスを使っているので、BG(ブラシレスジンバル)という短縮ワードも良く目にします。 1428109567432

乗せたいカメラの候補は、すでに決定しててまだゲットしていませんが、Lumix DMC-FZ200 という型落ちのカメラです。このカメラ、レンズが良くて、さらに映像も 1280×720 の実用になるサイズで 120fps が可能です。こうして撮ると、以下のような映像が作れます。

 [youtube https://www.youtube.com/watch?v=Lp_pmgCsmco]

対角V-Slot とも繋がるのですが、このカメラを円状に回して 120fps で物体を周辺から回して撮るとかっこいいんじゃないかと考えています。レビューするときに、モノをそうやって撮ると新鮮だと思うのでぜひ実現してみたいなと。そのときに3軸のジンバルもあるとなお良いと思うわけです。円状に回すときのフレームはまだ考えていませんが、自転車のリムとか使えないかなぁと。

 

ジンバルは、この1~2年で日本でもメジャーになってきています。たとえば、サンコーレアモノショップで扱っている以下の商品などです。

 3xstbl2r-joystick-top こういうタイプのものや、

3axsta8h-p03 こういう感じのものです。軽いアクションカメラはスマホは乗ります。

3万か、2.5万くらいでそれぞれ購入できますが、もう少し重いカメラを載せようと思うと、一気に高くなります。

dmth002-top約10万。うーん、買えないです。

 

まぁ、しかし、このサイズもアリエクでなら、5万未満で買えます。

H2-Handheld-3-Axis-Stabilizer-Brushless-Gimbal-for-A7S-GH4-Micro-DSLR-Camera-BMPCC まぁ、でもまだ買えません。(まぁ、買うつもりは毛頭ないのですが)モノは、モーターが3つとバッテリーと制御ボードと筐体で構成されているだけですから、もっと部品代は安いはず。

カメラ本体は、先に紹介した Lumix の FZ200 の中古(約2.5万)をいつか買いたいと思っています。それを買える日に備えて、ジンバルを自作するには、どのように作るのかを抑えていこうと思います。

 

乗せるカメラの重さは、約600gですが、このクラスになると、3万未満の3軸ジンバルでは無理で、ブラシレスモーターを大きめのトルクのあるものにしないと制御できません。

 

モーターは、Gimbal Brushless Motor と検索すればたくさん出てきます。3万未満クラスのジンバルに使われているのは、30mm 未満の直径のモーターで GoPro や SJ4000 などの200g未満の重さを制御できるようです。たとえば、以下のようなモーターです。

HTB1zh1fNFXXXXXHXFXXq6xXFXXXN

結構小さいですね。価格はだいたいこのクラスで、1こ1000円前後くらいです。1つ上のクラスのモーターだと、以下のようなのがあります。

Official-DYS-Brushless-Gimbal-Motor-BGM4108-130-for-Camera-Mount-FPV-PTZ

 

これが直径46mm ほどの大きさです。価格は、3500円前後というところですかね。3個で1万くらいします。ジンバルのブラシレスモーターは、シャフトの中にケーブルを通せるようになっているのが特徴で、組み付けたときにすっきりした概観を作れます。外の電極数は12スロットのタイプが多く、中心にあるプーリーの磁極は14極です。この数値は、12n14p というように表記されます。

この数が大きなものだと、たとえば、24N28P というのもあり、スロットと磁極の数が増えればトルクが増しコギングが少なくなるので、滑らかに回るはずです。

xmotor

 

どのくらいのモーターで600gのカメラが制御できるのかが、今まで良くわかりませんでした。こういう時は、あたりをつける為世界中のDIY 好きが作っている映像を見るのが手っ取り早いです。いろいろ見ていくうちに、ロシアの方が作ったジンバルのモーターは、Lumix FZ200 クラスの600g もいけそうなんじゃないかとアタリがつきました。

[youtube https://www.youtube.com/watch?v=kI5wOiU_KPI] 

9:26あたりに、大きめのカメラが載って動いています。カメラの機種は特定できませんでしたが、Lumix FZ200 も動くんじゃないかと思います。ここで使われているモーターは、調べてみると以下です。

HTB1ngl2IFXXXXXgXFXXq6xXFXXXF

Emax GB4008 66KV 3S LIPO Gimbal Brushless Motor

¥ 1,922 x 3

 

Emax っていうメーカーはラジコン用のサーボやブラシレスモーターなどを作っているメーカーで前回、CNC のスピンドル作りのためにモーターを選定していたときに見たことがあります。

値段も手ごろだったので、これを3つポチっておきました。このモーターもシャフトの中にケーブルを通せるようです。24N22P ということで、24スロットの電極に、22極のプーリーでトルクもありそうです。値段とのバランスが取れている良さそうなモーターじゃなかろうかと思います。

 

あとは、ジンバル用の制御基板とソフトウェアです。Alexmos というものと、Storm32 というのが見つかりました。どちらも32bit があります。値段は、Storm32 が安く、オープンソースで回路図などもあります。Alexmos というのはなぜ高いのかは良くわかっていません。価格差が4,5倍あります。まずは、安いのから攻めて見ます。StorM32のは、Wiki に詳細があります。

Alexmos のSimpleBGC のソフトウェアマニュアルは和訳したものが以下にありましたので参考にさせていただきました。

桃日記

SimpleBGC 32bit Manual MEMO

本家のは以下です。

Basecam
Downloads for 32-bit boards

SimpleBGC_32bit_manual_2_6x_eng.pdf

参考にしているサイトの作者は、Storm32 を使っているし、こちらのボードが安いのでまずはこれを使ってみることにします。5cm四方のボードと、小さなMicro タイプのものとが見つかりました。ボードを見る限り、Micro のほうはボタン2つがないので、ファームウェアの書き込みは仮配線が必要のようです。組み込み用途という感じです。a

大きなサイズは、2000円ほど。小さなのは2500円ほどです。正確なサイズはボードが到着してから検討するとして、概略を抑えていくことにしましょう。

HTB1DY0YNVXXXXXXaXXXq6xXFXXXa

チップはどちらも、STM32F103RC が使われています。モータードライバーのチップは、Micro のほうは6個になっていますので違う型番ということのようですね。ジャイロは、どちらもオンボードと外付けと2つ、MPU6050 があります。

StorM32 の Wiki にボード紹介のところに詳細はあります。ポチッた後に気が付いたのですが、このボードはどうやら赤字で書いてあるように、2S より高い電圧だと熱くなって誤作動するよと。モータドライバは、TC4452 でロジック電圧の3.3V を作っている部分かタンタルコンデンサが載っていないのが悪いのか、PCBの面積が少ないのが問題なのかは不明ですが、問題を抱えているボードのようです。

大きなボードのほうは、TIのDRV8313が使われているようです。28pin の28HTSSOPは、おおよそ160円ほどです。この差が出ているのではと思われます。

こういう駄目な設計のボードは参考になるので、回路図もあることですし、自作PCB を設計するときの参考にします。このボードを構成する部品の内、CPU と ジャイロはそれぞれ250円なので、作ってもPCB を入れて1000円未満くらいだと思います。

HTB1CuepNVXXXXblXXXXq6xXFXXXa

このミニサイズのものは、他にも以下のようなものがあります。

http://www.olliw.eu/storm32bgc-wiki/STorM32_Boards

Sku_113113_1

このモータードライバは、STのL6230Qのようで、32pin の QFN パッケージです。

 

800px-Aliexpress-min-storm32

アリエクでは同じものは見つかりませんでしたが、以下のものはありました。

BGC-Micro-MINI-Brushless-Gimbal-Controller-board-Driver-Sensor-Russian-Firmware BGC-Micro-MINI-Brushless-Gimbal-Controller-board-Driver-Sensor-Russian-Firmware-1

これは2軸のようなので、パス。

 

そして、Alexmos のボードは以下のような感じです。一番最安値でも9000円、平均12000円というところでしょうか。主要なチップの構成は似た感じです。

Official-Alexmos-32Bit-Gimbal-Controller-BaseCam-SimpleBGC-32-bit-3-axis-stabilization-BGC3-0-SBGC-V3-1

外見からの差は、センサーがI2C で繋がるようです。ボードのサイズは50mm四方です。

Official-Alexmos-32Bit-Gimbal-Controller-BaseCam-SimpleBGC-32-bit-3-axis-stabilization-BGC3-0-SBGC-V3

部品代概略は、Storm32 のボードで作るとして約1万くらいです。バッテリーを入れると少し超える感じですかね。うまく筐体を作れれば、面白くなりそうな DIY ですので継続的にすこしづつやっていこうと思います。ボードも Storm32 の大きなものと小さなものを2つポチっておきました。

 

コントロールボードも、構成部品はほぼ同じなので、StorM32 と Alexmos との違いは制御ソフトウェアなのかなと理解しました。

 

3Dプリンターでジンバルの筐体作りも少しづつ初めていこうかなと。