【鎌倉研修日記 vol.39】

17回目の授業では「Mechanical design / Machine design」(以下  MTM)という課題が出され、ギアなどの機構を含んだ機械設計を行います。今回はファブラボ鎌倉とファブラボ関内の受講生で連携し課題制作を行うことになりました。全員がラボにアクセスができない状況を活かして、各自がオンライン上で音を出して、メロディーを奏でるミュージックセッションマシンを製作し、オンライン上で同時に制御し合奏することにしました。さて、どうなることやら。

土山_#39_01

グローバルセッションの様子

「Mechanical design / Machine design」では様々な種類のギアなどの機構を紹介され、マシンを動かすための設計には欠かせない知識だと感じました。中でもサーボモーターを使用した仕組みの機械が多いように感じました。

今週のローカルセッションは、ファブラボ関内の受講生である本間さんも含めてZoomで連携しながら作業を進めていきました。個人で制作を進めながら決めた時間になったら合同でプログラムの動作確認などを行いました。我々はインターネットを介して各自が制作した機械が連携して演奏を行うマシーンオーケストラというものを作っています。MQTTという通信の仕組みを使ったプログラムを使うのですが、今回はその部分を本間さんが制作してくださっているのでその仕組みの説明などをしていただきながら合同作業をしていきました。なんとか皆仕組みを利用して自分の機械を動かせそうだというところまでいきました。

土山は、公開されているロボットアームのデータを活用した制作を進めていきました。

土山_#39_02

Week17の課題製作の様子(土山)

レーザーカッターで切り出したロボットアームのパーツ。使用した材料は3mmのアクリル板を使用しています。

土山_#39_03

Week17の課題製作の様子(土山)

組み上がったロボットアーム。4つのサーボモータを使って制御していきます。

続いて岡は、グラスに水を入れ様々な音階を作り出し、それぞれをステッピングモーターの回転で中央のターンテーブルを動かし選んで叩けるようなデザインにしました。

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最初に考えたオーケストラマシンのスケッチ (岡)

ステッピングモーターとは別側につけたDCモーターの回転でグラスを叩くことを考えていたので、叩いた後にグラスの先に抜けられるようにドラムを叩くブラシのようなものをシャフトに装着しPWM制御でテンポを調整しつつ叩けるような仕組みを持たせる想定でした。機械的な機構としてステッピングモーターに取り付けて中央のテーブルを回転させるために滑車の仕組みを使用する予定でした。

岡_#39_02

実際に制作したマシン (岡)

デザインとは何点か変更になった点があります。まず想定していたよりもステッピングモーターで中央のテーブルを回転させるのがトルク的に難しかったため、グラスの個数を減らし、さらに回転する量が少なくなるように片側に寄せました。またプーリーではなくギアの仕組みでターンテーブルを回転させるようにしました。叩く部分もグラスの先に抜けて回転させるというのが難しかったので竹ヒゴのしなりを利用してわずかな上下運動でグラスを叩く仕組みに変更しました。それを実現させるためにそこにカム機構の仕組みを追加しています。また時間的な問題から設置したボタンでの制御までは作業が及びませんでしたが、演奏自体は自動なので問題なく動作させることができました。

岡_#39_03

マシンの内部構造(岡)

サーボモーターの動きをターンテーブルに伝えるために制作した内部のギアの機構です。はじめは3つのギアのサイズを同じにしていたのですが、それだとパワーが足りずうまく動かせなかったため、ギア比を考えたサイズに変更しました中央のテーブルに取り付けたギアが一番大きく、モーターに取り付けるギアが一番小さくなっています。大きいギアは重さを減らすために中をくり抜きテーブルに貼りつけてあり、回転軸はテーブルの方に取り付けています。金属球を設置し回転しやすくなるような工夫も施しました。演奏時点では動作させる際のサーボモーターの音が大きすぎたため残念ながらテーブルを回転させることはありませんでしたが、その後改善させることができスムーズに動かせるようになりました。

岡_#39_04

ネットワークの仕組みを示した映像 

動画を制作する際にネットワークでそれぞれのマシンが動いていることを説明する必要があり、その際に制作した映像の一部です。中央のキャプチャ動画はサーバ側で動かしているNode-REDというアプリケーションで、ここでスタートボタンを押すと各マシンにその指示が送信されて演奏が始まるということがわかるような構成にしました。背景に表示されている文字のアニメーションではそれぞれのマシンに搭載されているESP(マイコン)にて、送られてくる指示に連動して処理されている内容を示しています。

 

うまく本番で演奏するため、メンバーとオンライン上で音合わせなどのグループワークが続きます。

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