距離に反応するティラノサウルスロボット

 
距離に反応するティラノサウルスロボット

距離に反応するティラノサウルスロボット

■距離に反応するティラノサウルスロボット

@距離センサ搭載!
マイコンを使わないでティラノサウルスロボットを制御します。

A距離に反応して、ティラノサウルスが前後に2足歩行します。
とても低価格な2足歩行のロボットなので、初めて2足歩行の制御をさせたい方に、最適です。

B動きは、2パターンで、1つは、通常は2足歩行の前進をし、人などの障害物があると、後進します。
もう1つは、通常は2足歩行の後進をし、目の前に手(肉)をかざすと、前進してきます。

C障害物の検知は、赤外線の距離センサーを使っているので、暗闇でも明るい場所と、同様の反応をします。

Dティラノサウルスは、タミヤの歩く工作セットを改造するので、材料加工が苦手な方でも、キリで穴をあけるような簡単な加工で、組み立てることが出来ます。

E電子回路は、距離センサ、電界効果トランジスタ、リレーが主な部品で、とてもシンプルです。
距離センサやリレーの勉強にも最適です。

F電子回路は、「距離センサでリレーを動かす回路(DEN-L-051)」を利用しています。


G当店で販売している「サポート金具(DEN-L-003)」を使うと、倒れ難くなります。

H当店の似た商品に、「ティラノサウルスロボット(DEN-D-002)」がありますが、全く違う商品です。


難易度3

¥4,400(税込)

DEN-D-004
ティラノサウルスの完成時の
全長285mm、全幅78mm、全高165mm。

お買い求めはこちらです。

 
電子工作マガジン


電子工作マガジンに
執筆しました

電子工作マガジン 2012年 冬号 (電波新聞社)の、
「物に反応して前後進するティラノサウルスロボット」P20〜P31の記事は、本キットです。
書籍と合わせて、ご覧下さいね。

アマゾンからのご購入はこちらです。


タミヤの歩くティラノサウルス工作セットには、モータもついています。

電源 モータ部分:単3乾電池2本 3V(別売り)、電子回路部分:単4乾電池3本 4.5V(別売り)。

電子回路基板は、ユニバーサル基板です。
ティラノサウルスの組立は、ハンダゴテを使いませんが、電子回路の組立に、ハンダゴテを使います。
トリケラトプスは前進、後進のみで、左右には動きません。
写真に写っている金具は、当店で販売しているサポート金具DEN-D-003(別売り)です。

距離に反応するティラノサウルスロボット

マイコンを使わないで、ロボットを制御します。
(写真は、別売りのサポート金具(DEN-D-003)をつけた姿です。)
 
距離に反応するティラノサウルスロボット

シンプルな電子回路なのに、2足歩行の制御を行なっています。


【ロボットの動き】

動きは次の2パターンあります。

@何もしないと前進し、手を近づけると後退する。

A何もしないと後退し、手を近づけると前進する。

なので、@のパターンで障害物があると、障害物の前で行ったりきたりすることになります。

左右によけるような器用な真似はできません。
  


【タミヤのティラノサウルス】

今回作る、「距離に反応するティラノサウルスロボット」(写真1)は、タミヤから発売されている「歩くティラノサウルス工作セット」(写真2)を、改造して作ります。

タミヤの「歩くティラノサウルス工作セット」をストレートに組み上げると、ティラノサウルスが前進します。

ティラノサウルスが前進するしくみは、お腹の中にあるモータが回転し、ギヤをいくつも使って「回転速度・回転方向・大きさ」を変え、クランクアーム(ギヤボックスから出ているL型の部分)に伝えます。

 
     
クランクアームは、回転する軸から伸びたアームで、第1図のように、回転軸とクランクアームはしっかりつながれていて、回転軸が回転すると、クランクアームも一緒に回転します。

ただしクランクアームは、回転軸から離れてアームがでているため、アームの先端は大きく回転します。

この大きく回転する先端に、ティラノサウルスの足がゆるくついているため、ティラノサウルスの足が大きく上下回転します。

上下回転するのは、ティラノサウルスの足の穴がゆるいためで、クランクアームの回転は、穴のゆるみで吸収されてしまいます。
 


第2図のように、穴がきついと、ティラノサウルスの足がクランクアームにしっかりついているため、ティラノサウルスの足がモータのように、ぐるぐる回転してしまいます。

クランクアームとスクリューキャップは、強くしめて良いのですが、第3図のように、ティラノサウルスの足とスクリューキャップを締め付けてしまうと、きつい穴と同じになってしまうので、注意が必要です。

自作でロボットを作る場合など、スクリューキャップの代わりに、市販のナットを利用すると、回転するたびに、回転の影響により、じょじょにナットがしめつけられ、第3図のような結果と同じになったり、逆にゆるんだりするので、回転軸に、ナットを使用する場合は、注意が必要です 。

ティラノサウルスの足が回転すると、足に取り付けられているリンクロッドが、手を動かし、さらに頭へ、最後は尻尾へ伝達され、それぞれを動かし前進します。

それぞれの可動する部分は、ネジをきつくしめすぎると上手く動かないので、注意して下さい。




【足のサポートについて】

ティラノサウルスは、前かがみになっているため、前進させた際、前に倒れ易くなっています。

左右のバランスや、歩く床を選ばないと、数歩で倒れてしまうので、今回はサポートをつけて、倒れ難くしました。

サポートは、割り箸を切って、セロテープでまいたサポートと、金具を使ってしっかりしたサポーを作りました。

金具は、当店の「サポート金具(DEN-L-003)」を使っています。

どちらのサポートも、少しくらいバランスが悪くても、また床が凹凸でも、上手く前進できるようになりました。


わりばしのサポート
かっこよい金具のサポート


【ロボットの制御部分 電子回路について】

マイコンを使わないで、ロボットを制御するので、とてもシンプルです。

それもそのはず、お子様の工作教室用に開発した機体なので、C言語などのマイコンは利用できません。

そこで、リレー、電界効果トランジスタ、距離センサだけで、構成されています。

後は、創意工夫でカバーしました。



たったこれだけで、ロボットを制御します。
IC使っていません。

@距離センサ

今回使用する距離センサは、図のような形をしており、赤外線を照射します。

照射した赤外線は、物体で反射し戻り、距離センサの位置検出器で、入射角に応じた電圧を発生させます。

この電圧の値により、距離が分かります。

今回は、距離センサの電圧をスイッチとして利用しています。

 

A電界効果トランジスタについて

電界効果トランジスタは、NチャンネルのMOS形 エンハンスメントと言われる種類で、一般的な NPN型 トランジスタ と、同じように使うことができます。

ただし図のように、一般的なトランジスタは電流の変化ですが、電界効果トランジスタは電圧の変化で、動作するので注意して下さい。

FETは、ゲートにマイナス電圧をかけて使うものもありますが、エンハンスメントタイプは、ゲート電圧をマイナス電圧にしなくても動作し、一般的なトランジスタのように、ゲート電圧が高いとドレインからソースへ電流が流れ、また、ゲート電圧を下げるとドレインからソースへの電流が減り、ゲート電圧を0Vにすれば、ドレインからソースへ電流が流れなくなり、電気スイッチとしても利用できます。

ゲート電圧を0Vより下の、マイナスにしないと、ドレインからソースへ電流を流すことをやめさせられない種類のFETは、電気スイッチとして利用できませんが、Nチャンネルのエンハンスメントだと、電気スイッチとして利用でき、今回も電気スイッチとして利用しています。


今回の制御に使用します
トランジスタと電界効果トランジスタ



Bリレーについて

リレーは、電磁石使って小さな電流で大きな電流を、ONとOFF出来る部品で、図に模式図を示します。

今回は、電界効果トランジスタの小さな電流を、モータへ伝えるために使用します。

電界効果トランジスタの小さな電流(電気スイッチ)で、直接モータをONとOFFする場合もありますが、モータは回転する際、ノイズが多いので、一般的には、電子回路とモータの電源は別々にします 。


リレーの模式図
接点の記号

リレーやスイッチには、A接点、B接点、C接点があります。第9図に、それぞれの記号を示します。
 
A接点は、通常は電気が流れないで、スイッチ(リレー)を入れると電気が流れます。一般的なスイッチです。

B接点は、A接点の逆で、通常は電気が流れ、スイッチ(リレー)を入れると、電気が流れません。非常停止ボタンに利用されます。

C接点は、A接点とB接点が組み合わさったもので、通常は1つに電気が流れ、片方には電気が流れません。スイッチ(リレー)を入れると、電気が流れていた方が流れなくなり、もう片方に電気が流れます。
今回は、このタイプを使い、配線を工夫すると面白い動きが実現できます。

ICを使わないでロボットを制御するため、2回路C接点のリレーを、図のような配線をして、ティラノサウルスを前進、後進させる工夫をしました。


リレー端子内部結線図

さらに、ティラノサウルスのお腹についているスイッチは、スイッチの倒し方で、電池の極性(プラスマイナスの向き)を変えることが出来るので、次の図のように、スイッチ1つで、センサの働きが逆になります。
 

リレー端子内部結線図(ティラノサウルスのお腹のスイッチを逆に倒した場合)

このように、ICを使わなくても、リレーの配線や電池ボックスのスイッチを切り替える事により、ロボットを制御することが出来ます。




【あそび方1 岩で誘導ゲーム】

前進、後進だけのティラノサウルスですが、足のサポートをつけた事により、少しの段差なら歩くことができます。

このことを利用して、写真のような岩をつくり、前進しているティラノサウルスが歩く床におきます。上手く置くと、倒れそうになりながらも、方向転換してくれます。

岩は厚紙(ダンボール)を直径35mmの円(楕円でもOK)、高さ5mmくらいに切って、作って下さい。

高さが高いとティラノサウルスが転んでしまいます 。

コースを作り、誰が上手く歩かせることができるか、競争すると面白いです。

 
     

 



【あそび方2 お肉で誘導ゲーム】

もう少しゲーム性をもたすには、距離センサの機能を使います。

「通常は後進し、手(肉)をかざすと近づくモード」にします。

割り箸の先で、美味しそうなお肉を目の前にちらつかせ、上手く誘導するように歩かせて競争させます。

誘導先に、お菓子のお宝を置いて、上手く誘導できたお子様にあげるのも面白いです。

肉は厚紙で作ると簡単で、作る際は距離センサが反応しやすいように、大きく作って下さい。

前進させて誘導でなく、後進させて誘導する、腐ったお肉バージョンにしても面白いです。

方向転換は、岩を使います。
 

 



Aさんに、お肉と岩の絵を書いていただきました。

こちらからダウンロード(13.3MB)して下さい。

ダウンロード後はプリントアウトして、ダンボールなどの厚紙に貼り、切って使用して下さい。



【あそび方3 恐竜バトル】

今流行の本物のバトルゲームです。

写真のように、2頭のティラノサウルスを向き合わせ、戦わせます。

ティラノサウルスのモードは「通常は前進モード」にします。

ルールは、絶縁テープなどで四角い線を描いてリングを作ります。

リング内は、腐ったお肉でしか誘導できません。

ティラノサウルスがリングを越えたら、手でつかんで好きな方向に向け、リングに放ちます。

上手く相手の側面に回りこみ、相手を倒すか、動けなくしたら勝ちです。

2頭がからみあって動かない場合は、スタートラインからやり直しです。

 


2頭の激しいバトル
     

図のように、リングの一部にデットゾーン(ここに入ったら負け)を設けたり、床に凹凸をつけて倒れ易い場所を作ると早く勝敗がつきます。

2タッグにして、1人がリングにでたら、すかさずもう1人がリングに入るようにしても良いです。

また途中で、前進後進のモード変換(お肉変換)OK、岩は5個まで投げ込みOK、投げ込んだ岩は外にだせば使えるなど、あそび方は工夫して下さい。

実際にやってみると、機械同士が絡み合い、ギヤがバリバリと悲鳴を上げ、かなりの迫力です。手に武器や盾を持たせてみるのも、面白いです。

遊び終わったら、スイッチは切っておいて下さい。特に電子回路のスイッチを、消し忘れることが多いので、注意して下さい。

 



拡張したリングの例



【YouTubeの動画】

赤外線って、人の目では見えないですが、デジカメだと赤く光るのが分かるのですね。


YouTubeの動画(39秒)

 

 
 

 
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