初版

マニュアル式、高速、クレーンゲーム

# はじめに クレーンゲームは好きなんだけれど、既存のものは操作を X, Y 方向のボタンを押すだけのオートマチックで、動作もゆっくりしているところが不満。建機は操縦桿がたくさんあって、それを両手で操って、動きもきびきびしたのが好み。だけど、そんなのない。「ないなら作ってしまえ」と軽い気持ちで作り始めたのだけど、理論的にはできるはずなのに、作ってみると問題発生、仕様変更、代替案の実装のループが続く。はたして、完成できるのか... # 材料 ## 材料表 ### フレーム |Item|Size|Qty|Remarks| |---|---|---|---| |V-Slot 2020 レール|500mm|8|ヘッダー3| |V-Slot 2040 レール|500mm|4|ヘッダー3| |V-Slot 2040 レール|550mm|2|ヘッダー3| ### 駆動系 |Item|Model|Qty|Remarks| |---|---|---|---| |バイポーラステッピングモーター |17HD48002H-22B|4|X軸:2, Y軸:1, Z軸:1 | |タイミングベルト|5mm|3|X軸, Y軸左, Y軸右| |リードスクリュー|250mm|1|Z軸| |サーボモーター|MG-90S|3|アーム| ### コントローラ |Item|Model|Qty|Remarks| |---|---|---|---| |マイコン|PIC 16F18857|3|| |ドライバー|AE-L6470|3|L6470 実装| |サーボテスター||1|サーボモーター制御に流用| ### 表示系 |Item|Model|Qty|Remarks| |---|---|---|---| |LCD||1|秋月電子| ### 操作卓 |Item|用途、材料|Remarks| |---|---|---| |ジョイスティック 1|X,Y軸|500mm| |ジョイスティック 2|Z軸|500mm| |レバー|アーム開閉|自作| |操作卓|杉材＋L金具|自作| ### ワイヤ, コネクタ |---|---|---| |---|---|---| |AWG28, AWG22||| |Dupont コネクタ||| |XH コネクタ||| ### 電源 |---|---|---| |---|---|---| |DC3.3V 低電圧レギュレータ ＋ DCジャック DIP 化キット|---|---| |DCジャック DIP 化キット、DC6V x2 |---|---| |DCジャック DIP 化キット、DC12V|---|---| |スイッチング AC アダプター|---|---| ### その他 |---|---|---| |---|---|---| |Limit switch|Sodial|| |Limit switch マウントと対向プレス||3D printer で自作| |アーム|透明アクリル板から切り出し|| |アームベッド|透明アクリル板から切り出し|| |アームベッドマウント|透明アクリル板から切り出し|| |Y軸マウント|アクリル板をホールソーで加工|| |ワイヤーカバー||| ## 材料説明 # 組み立て ## フレーム 2020, 2040 V-Slot レールを一辺 500mm の直方体に組み立てる。 向かって左右方向をX、奥行き方向をY、垂直方向をZ として、左右の Y方向のレール上にそれぞれホイール付きのガントリープレートを取り付ける。それらをX方向に別の V-Slot レールで連結し、X軸のガントリープレートを取り付ける。 X方向のレールの両端に取り付けたモーターの軸にプーリーを取り付けて、タイミングベルトでX軸ガントリープレートを移動させる。 X 軸ガントリープレートには、Z軸 のシャフト（リードスクリュー）を掴んだボールナットを固定する。Z 軸のシャフトの下端にはモーターとクレーンアームとそれを駆動するサーボモーターを取り付けたアームベッドを取り付ける。 https://res.cloudinary.com/elchika/image/upload/t_elchika_article_cover/v1/user/dbe0730f-c1e6-4ff3-b8cf-4e1de54530ce/article/a9389f0b-5ae6-47e7-a18e-209c33020d28/x9zd0wfedtioks7imsfl.jpg ## 駆動系 Y軸左手前にもモーターを設置、、左側モーターからフレーム右側までアルミ棒で連結して、その先にベアリングとプーリーを取り付けて、左右両方からY方向レール上のガントリープレートを駆動する。 Z軸については、X方向レール上のガントリープレートには垂直方向に一条ねじを切ったシャフト（リードスクリュー）をボールナットを介して取付け、シャフトはモーターで直接回転できるようにする。 Z軸モーターには、３個のサーボモーターを取り付けたアームベッドを取り付ける。 サーボモータのホーンにアクリル板にて作成したアームを取り付ける。 https://res.cloudinary.com/elchika/image/upload/t_elchika_article_cover/v1/user/dbe0730f-c1e6-4ff3-b8cf-4e1de54530ce/article/a9389f0b-5ae6-47e7-a18e-209c33020d28/g9awegsi9sgvmzchqgit.jpg # 制御 X, Y, Z軸はそれぞれ PIC 16F18857 でコントロールする。 PIC の入力はジョイスティックで、これはレバーを四方にリミットスイッチが取り付けられている。レバーを倒すと通電する。Pull up で接続。 PIC の出力は、SPI で L6470 に接続し、ステッピングモーターを制御している。他に I2C で LCD ディスプレイにステータス、座標を表示している。 L6470 では PIC から受信したメッセージに応じてモータの回転方向、スピード、加減速度を指定できる。また、定期的に座標の取得もする。 クレーンアームを動かすサーボモーターは、PWM にてデューティー比を 0% から 20% に変えて動かす。今回はサーボテスターをコントローラーとして流用した。 サーボテスターに自作のレバーを取りつけて、レバーを前後して、アームを開閉するようにした。 https://res.cloudinary.com/elchika/image/upload/t_elchika_article_cover/v1/user/dbe0730f-c1e6-4ff3-b8cf-4e1de54530ce/article/a9389f0b-5ae6-47e7-a18e-209c33020d28/atayvullzylr9wrulwyi.jpg # 操作方法 電源投入するとゆっくりとモータ-を逆回転させてリミットスイッチが入るところを探す。リミットスイッチが入るを順方向に少し進めて、座標をゼロにセットする。（ホーミング） https://res.cloudinary.com/elchika/image/upload/t_elchika_article_cover/v1/user/dbe0730f-c1e6-4ff3-b8cf-4e1de54530ce/article/a9389f0b-5ae6-47e7-a18e-209c33020d28/xp3cfqfgsgo2wbauenww.jpg https://res.cloudinary.com/elchika/image/upload/t_elchika_article_cover/v1/user/dbe0730f-c1e6-4ff3-b8cf-4e1de54530ce/article/a9389f0b-5ae6-47e7-a18e-209c33020d28/yqwufupgavvhmwxsc88a.jpg フレームサイズからあらかじめ計算した範囲にしか進めないので、ホーミング後はガントリープレートがフレーム枠に到達することはない。 左のジョイスティックで X, Y 平面の移動を操作する。斜めに進むことも可能。 中央のジョイスティックで アームの上下を操作する。 右のレバーでアームの開閉を行う。 これらの操作は同時に行うことができるので、アームベッドを降下させながら斜めに進めて、アームを開くことができる。 ステッピングモーターは加速しながらあらかじめ設定した最高速に近づくのでスムーズ。かつ、動きも素早い。当初の目的達成できた。