無線研の活動日誌

東京理科大学I部無線研究部の日々の活動状況を葛飾よりつぶさに報告いたします。 たまにプギャーしてください。

サイクロ減速機の作り方?

 こんにちは,4Eの佐藤です.
4年生となり半ば引退の身ですが,
これまでに使ってきた技術を後輩の為にうpしていこうかと.

 そんなわけでサイクロイド減速機の作り方をupします.
筆者は電気工学専攻のため用語の使い方等おかしな部分もあるでしょうが,流してください.
2年ほど前に本大会会場で見かけたのですが,スライダーヘッケンと
違いどこの人も製作方法upしてませんでしたので,記事にしてみました.

メリット
 小型・軽量が可能
 インボリュート歯車に比べて丈夫?
 高減速比が可能

デメリット
 低減速比が苦手(できないわけではないですが,手間と釣り合わないかと)
 出力を両軸仕様にできない?(自分が知らないだけかもしれませんが・・・)

ほかにもいろいろとありますが,代表的なところはこんなところかと.

1.設計 サイクロイド部
 サイクロイド減速機を設計する上で,必要なサイクロイド曲線に関しては
以下のサイトに掲載されているpythonスクリプトを用いました.
[1]Hypocycloid Gear Reduction
http://www.zincland.com/hypocycloid/
(補足:windowsでのpythonの使用環境としてはcygwin等々)

 上記サイト内ではインチ単位で扱われているが,コードを確認したところ,
単位が問題となるような処理は行われいなかったため,引数として希望する数値を
[mm]で与えればよい.注意点として,角度は[degree]を用いているようです.

(例)
 通常の1段サイクロイドの場合の減速比10:1,偏芯量1 mm 外歯ピン径4 mmの場合の
引数は次のとおりである.
hypocycloid.py -b 29 -d 4 -e 1 -a 3 -c 0.01 -n 10 -s 500 -f foo.dxf

-b : 全体サイズ
-e : 偏芯量 //後述するクランク軸の作り方を利用する場合は1でいいのでは?
-d : 外側ピン外形
-a : 圧力角
-n : 歯数
-s : サンプリング点数 //多いとCADで読み込むときに処理落ちします
-f : 出力ファイル名

 注意点
-sの値は十分に大きな値をとることを推奨します.
サイクロイド曲線の性質上,場所によって単位角度当たりの
変化量に非常に大きな差があるためです.


2.設計
 入力回転数が大きくなればなるほど震動が大きくなるので,可能な限り減速した
回転を入力とした方がよいです.が380直結でも一応できます.
個人的には嫌いですが.ええ、個人的には嫌いですが・・・
 
 軸受け回りのアキシアル方向の固定及びスペース調整を適切に設計し,また
製作すること(ココ重要).スペース不足の場合には動きが渋く,また,固定不足では
ガタの増大により接触部の接触角が変化し,効率の悪化と最悪は引っかかってしまい
動きません.

 各回転軸周りには外側ピンの接触を除き,転がり軸受け必須.滑り系では,
アキシアル(スラスト)方向固定が十分にできなくなるので.

 筆者は外ピンにベアリングを利用したものや自作真鍮ブッシュを利用したものも自作しましたが,
ベアリング使用->重い.効率はよさそう.強度は不明 MR63*2+Φ3ピンでしたが脚くらいならもつかと.
ブッシュ使用->動作はする.しかし使用するごとにブッシュが伸びて広がります.少なくとも内径3外形5の
真鍮ブッシュでは脚にすら使えません.素直に外歯もアルミを使用しましょう.

3.製作 エキセントリックシャフト
 適切な外形のss400又はs45cからの削り出しを推奨.
脚ならアルミ系軸でもよろしいかと.ここが死なれると面倒なので,
過剰強度上等だと思います.

必要なもの
 ・旋盤(3爪チャックで十分です.4爪独立チャック持ってる人は自分でどうにかしてね)
 ・偏芯量の3/2倍の板厚を持つ板(e=1->t=1.5) //ここから前述のeの値を決める方が常道です

手順1:入力軸側加工(段付軸,引きネジ用M3雌ネジを忘れないように)(図1)
手順2:1つの爪とワークの間に挟み,チャッキング(図2).
手順3:ダイヤルゲージを用いて,偏芯量が確かに正しいことを確認する.
誤差はダイヤルゲージ振れ2目盛以内を推奨.
だめな場合には板厚を変更し,最終的には紙等を挟んで調整(図3).
手順4:最初は断続切削となるので,回転数最低+切削液ばしゃばしゃとかけましょう.(図4)
円筒状になりましたら回転数を戻してベアリングに合わせ削りましょう.
内輪接触用の段の切削を忘れないように.また,引きねじ用M3雌ねじも忘れずに.
このときのベアリング勘合軸はベアリング全長よりかならず短くすること.
でないと,内サイクロイドのアキシアル固定ができません・・・

手順5:完成(図5)

かわロボ入門者へ
 アルミ軸はかなり熱膨張しますので,ベアリング勘合用の軸を作るときには仕上げ前に
削り代0.3~程度残した状態として一度冷えるのを待ちましょう.室温になったのちに仕上げ切削を


4.製作 その他
 その他パーツ類はCNCを使えば余裕です.困る点も特にないでしょう.
 サイクロイド内歯車の切削において外側に0.1mm程度オフセットした荒切削ののち,
仕上げ切削を行うことで端面がきれいになります.

手順を含めた制作例については後日upしますので,
そちらもご覧いただければ幸いです.


RobotWars時に使用していた機体に用いたサイクロイド減速機のCADファイルは以下に
一応upしておきます.使いたい方は勝手にご使用ください.もちろん利用は,自・己・責・任
ttp://www1.axfc.net/u/3526064 (h抜き)

(一部制作時に直した部分等ありますので,あくまで参考までにどうぞ.
一応後日ちゃんとしたverもupする予定です.)
使用CADはSolid Edge ST7です.学生版無料の良いCADだと思います.
Core i7 4790k+16Gでも時々落ちる程度には重いですけど.


補足
 質問等あれば気軽にコメントどうぞ.きっとあと数カ月はみていると思います.

+α 全体にねじり剛性が高くないとだめですね.負荷が大きいと減速機全体が
ねじれだします.
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かわロボ電気系統

広告が出ていたので、排除のためと,後輩への技術情報?メモ書きとしてバッテリー,アンプ周りについてまとめます.

---バッテリ---
まず初めに,バッテリのワイヤを2本同時に切断してはいけません.ニッパーを介してショートし溶接されます・・・絶対にしないように.

現在のかわロボでの主流はLiFeバッテリのようです.

自分は
・EA2200 9.9V)3cell) 40C+α Li-Feバトルパック
写真 2015-06-16 19 15 34

を1本又は2本並列で運用していました.

電源電圧として9.9vで納得できるならこれでもいいですし,他の参加者の方と同じように14.4vを利用したいのであれば,同一メーカから出ている6.6v(2cell)のを利用すればよいかと.こちらに関しては確か中央大の方も利用されていたはずです.

バッテリ注意点
・保管・輸送時にLiPoバッグに入れておく

・バッテリコネクタは通常時養生テープ等で覆っておき,使用時以外には金属端子の露出を防ぐこと.コネクタだから大丈夫と思っていても,露出部があれば不意にショートする可能性は十分にあります.

・過放電・過充電されたバッテリは使わないで正しい手段でもって廃棄すること.(ゴミ箱にそのまま捨てるとか,絶対にダメ.最低でもエコステーションのバッテリ区分に,できればちゃんとバッテリ廃棄方法を調査して実施する)

・バランスコネクタはメインワイヤに比べて著しく弱いので,断線しないように扱いには気を付けること.バランスコネクタが取れたバッテリは使用してはいけません.

・充電時には絶対に目を離さないこと.(出来れば消火器の場所も確認しておきましょう,きっと気休めにはなります)


---アンプ---
おすすめ、というか部として買うならば
Futaba MC402CR一択.
信頼性、耐久性等これを使っておけば最低限は安心?

ありえないことではありますが,万が一ロボの台数が増えすぎてアンプの数が足りなくなると言った場合にはもうちょいと安いアンプを探すのもありかもしれません.

<<<<<アンプ自作といった手段もありますが,友人と3年間試行錯誤していましたが,耐久性的に微妙で,あまりメリットも感じられませんでした.もし作るのであれば,切削基板ではなく,ちゃんと発注した基板を使いましょう.

---電源---
内部の稼働しない配線であればシリコンケーブルが取り回しは楽.一方で被服が弱いので,少しでも動きのあるケーブル(サスとか)にはもっと耐久性に優れたケーブルを.

---コネクタ---
かわロボで使用するコネクタは主に2種類(千石で売っています.
コネクタは圧着が基本であり,圧着したところをはんだづけしてはいけません(ここ重要)

が,どうもタミヤコネクタだけは圧着だけだと弱いのか・・・仕方ないので、 これだけははんだ付けしていました.

1.タミヤコネクタ
バッテリ-アンプ結線用
これはどうも癖のある結線をしているので,コネクタ周り自作する時には既存のアンプ及びバッテリをしっかりと確認して作りましょう.
また,未確認ですが,内部の金属部品(コンタクト?)には2種類あり,使用可能な電線太さが違うようです.

筆者はこのコネクタの+-が逆であったため,深夜2時過ぎに家で煙を吹きました.

2.ギボシ端子
モータ-アンプ結線用
こいつに関しては保護ビニール?キャップ?を圧着前にちゃんと通しておきましょう.

電気はエネルギー密度が他に比べて非常に高く,何のことはないミスが重大な事故を招きかねません.安全には十分に気を付けましょう.

本記事の正確性は一切保障いたしません.本記事の内容を実行する場合には全て自己責任でお願いします.

近いうちに足構造の説明とか,できる限りのノウハウを記していけたらいいなとは思いますが,さてさてどうなることやら.

機体紹介~

無事進級&研究室配属も決まりました前部長の佐藤です.
他の大学を見習い今年製作した機体の紹介記事でもと思いまして.

写真 2015-01-23 13 19 56
写真 2015-01-23 13 20 07


画像のとおりですが,中型~サイズのロングロッド機です.
先端部を八木アンテナ状としたかったのですが,重量の都合で泣く泣くこのような形に.


性能諸元としては,

脚側
 足先円弧:Φ65
 機構:ヘッケンリンク
 ギア比:40:1(20:1ギアードモータ->2:1タイミングベルト減速(s3m))
 足先素材:シリコンシーラント

腕側
 ロッド長:約700mm?
 ギア比:500:1程度(khk焼結ギア->自作モジュール1.5ギア->自作モジュール1.5ギア->自作モジュール2ギア-)
 モータ数:4

その他
 戦車の砲塔のような旋回機構を備えています.が,設計状の不備から配線が引きちぎれます・・・orz

くらいですかね~.成績は昨年に比べて悲惨でしたのでわざわざ掲載もしませんが.
きっと来年以降は後輩ががんばってくれるものと信じております.

追記:
 先日のRobo-Oneには1年生が一人参加してきましたので,そのうち詳細がアップされたらいいなと思います.
&理科大に入学が決まりました新入生,興味ある方は是非とも新歓のブースにお越しください.(パンフレットには掲載されておりませんがちゃんとブース出展しています)

かわろぼ本大会

WARS長フナツです.

23日にかわろぼの本大会に行ってきました.
無線研からは4台が出場する予定でしたが,うち2台は完成しなかったようで…….
部長曰く「大学の一斉休暇期間中に部室が使えないなんて知らなかった」,「理科大の試験日程では無理」だそうです.
もはや風物詩ですね.(機体作ってない自分が言えたことじゃないけど…)


ということで,めでたく完成した2機体を紹介しておきます.
まずは秋山氏の機体です.アームの機構が,去年自分たちが作った機体に似てる気がしました.
DSC_6587_20140825234037106.jpg



もう一つは部長の機体です.この機体のポイントは足回りのシリコンゴムですね.ほかの参加者の方も興味深かったらしく,何人かの方から質問されてました.ゴムの型には百均のまな板を使用したそうです.
DSC_6590_2014082523403856b.jpg

アームは砲塔のようになっており,上下駆動に4つ,砲塔の回転に1つの380モータが使用されています.
DSC_6601_201408252340417fc.jpg



ちなみに試合結果ですが両機体とも予選トーナメント2,3回戦進出くらいでした,たしか.
1,2年生に期待しましょう.

おしまい

進捗報告-かわロボ-スライダー脚

こんばんは,佐藤です.

活動日誌の更新が停滞していましたので,適当に進捗状況を述べておくこととします.

本日の部室では今年の本大会に出場予定の1機体の脚部分が少し組み立てられていました.
すごくヌルヌル動きます.長穴を一切調整していないのに全く引っかかりません.

写真 14-06-26 20 03 19

他には,1年のかわロボ志望の人が設計進めていたりしました.昨日や一昨日は二足の人たちが
設計やらCNCの使い方やらをやっていました.

 さて,うち何人が実際に作ることができるのかはわかりませんが,今後に期待としましょう.

最後に自分のかわロボの機体は脚すらまだできていません.というか設計も結局終わっていません.
きっとテスト期間を利用して完成させることになるんでしょうな.日の出杯出れるといいのですが・・・


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