月末になり、研究開発資金が支給されたのでさっそくリニアガイドをポチっておきました。
150mm の長さを2本と、MGN9C を追加で２つです。締めて、3700円です。
駒には、M3 のネジで固定のようですね。レールは、3.5mm 径のようですので M3 ですかね。中国製のリニアガイドってどうなんでしょうかね。国産は高くて手が出ないので、一度中華製のリニアガイドを触ってみたいです。
今回の用途では十分すぎるくらい機能してくれるでしょう。すっきり作れるので、3700円ここに投資してもいいかなと。
handle name は、Sailorpeteのピート・ニューベリー（Pete Newbery）さんが作った、Root2 CNC のキャリッジに感心したので、早速ベアリングを手配することにしました。
Root2 CNC には小さなタイプのもあるようです。こっちには BOM があったので参考にしました。
ここで使われているベアリングは、スケボーのローラーに使われているタイプの608 ベアリングです。
ABEC-7 クラスのものも安く売っているようで、入手しやすいです。
大量にベアリングは使うのですが、とりあえずサンプルで１つキャリッジを作ることにしました。１つのキャリッジに8個のベアリングを使うのでとりあえず ABEC-7 クラスの 608 ベアリングを10個ゲット。安いですね。260円です。中華製だけど、今度のは期待しましょう。ABEC-7 クラスといえば振れ精度が、0.0025mm です。十分すぎますね。
それから、自分のプロジェクトで使う625タイプのベアリング、こちらも ABEC-5 クラスのが安くありましたのでゲットしてきました。
ベアリング専門店なので、まぁ大丈夫じゃないでしょうかね。
最悪、品質が悪くてもプーリーの軸受けやベルトのテンションを張る部分に使えます。
Root2 CNC は、側面の Y軸に付ける板が必要ですが、これはこれから作るであろう、D-Slot CNC を使って削りだしてみたいと思います。
CNC ルータが２つ出来る予定ですね。スピンドルや、その他の機構は参考にしながら独自に作ってみる予定です。
Y軸になる部分の試作品を作ってみました。
サポートなしで作成できるよう後にパーツの形状を変更予定。とりあえず、10% の fill でサイズや細部の組み付け具合を確認。
wall が 0.8mm で fill が 10% で試作してあるのですが、そこそこ強度も保っています。CNC 用途ではだめそうですが、プロッターやレーザーカッターなどなら良さそう。実際には、wall 1.2mm で fill は50% で作る予定です。かなりプリントに時間がかかりそうです。
折り返しのプーリーです。
両側にベアリングをかませてあります。このベアリングは中華製で十分です。
3mm 厚のナットを押さえるジグを作るべきかもしれません。構造的に組み付けが面倒な部分で薄いスパナがないので、ナットを押さえる工具もプリントしておいたほうがいいかも。
最初に作った、ベルトテンショナー。ちょっとタイトすぎました。
もう少し大きなほうがよいかと設計をサイドやり直し。
こんな感じにしました。M3 のネジを使用。
ネジ止めパーツですが、ブラケットに一体式になる予定。
Thingiverse にもアップロードしておきました。
作業していると、ER11 の コレットが到着しました。
かわいい、ケースに入っています。これのケースも作る予定です。
見た感じ、悪くなさそうです。続きを組み込みます。
こうして実際組みつけてみると、いろいろ改良ポイントが見えてきます。設計上は理論的には問題なさそうに見えても、組み付けで面倒だったり、パーツが入らない部分があったりとかで、特にベルトテンショナーはかなり考えさせられます。組み付けた結果、いろいろ変更したほうがよさそうなポイントが見えてきました。
しばらく、吊り下げてあれこれ考えてみます。
以下、変更箇所のメモ
・フレームとのかみ合わせを深くして、ボルト4点止めとする
・45 度のフレーム穴をもう少しタイトにする。ちょっとゆるすぎました。
・サポートなしでも作成できる形状に変更
・45度のボルトの頭が平面より突出してしまうので、あと１ｃｍほどサイズを大きく
・ベルトテンショナーの形状と構造を変更。スライドするジグのボルト穴をずらして、ベルトとボルト穴をずらす構造に変更。途中でもテンションが張れるようにする。
・x軸との合体は、3角のブラケットを覆うようなものを作成。3画ブラケットにナットを生めて穴を開けておく。
オリジナルパーツは、あれこれ試行していると気になる部分がたくさん出てきますね。そこがまた楽しい部分でもあるわけですが。ほんとにCNC 動きますかね？ ちゃんとアルミが削れるでしょうか。
ベルトで駆動させて、工夫してもだめだったら台形ネジを考えてみます。ベルトバージョンは、3D プリンターやレーザーカッターやプロッターにも応用できますので、XY テーブル部分は完成させたいです。
製作時は、雨でじっくり作業ができました。晴れだと落ち着かなくて。
猫たちも、ゆるみっぱなし。
こいつは、いつもひっくりかえっています。
寝起きの一枚。
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。 
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。
こういうタイプのものや、
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
本家のは以下です。
Basecam
Downloads for 32-bit boards
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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 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。
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。
Keyestudio 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。
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。
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。
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。
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。
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。
なにやら異物が混じっていました。
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。
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。
まぁ、気まぐれでばらしたのがラッキーでした。
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。
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。
以上！
|
|