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遠隔消臭装置をつくって「気の利くナイスガイ」になろう!外装実装編 

はじめ

どうもこんにちは,ナイスガイになりつつあるたくろーどんです.
前回の記事では遠隔消臭装置を動かすためのプログラムをNefryを使って考えました.では,今回は遠隔消臭装置全体を完成させていきたいと思います.

大まかに設計して実際に手を動かして作っていく,というのがざっくりとした内容です.細かいパーツは3Dプリンターを使ってつくっていきますので,楽しみにしてください!
イメージ図.png

ざっくりと設計してみる

まずは遠隔消臭装置をどのようなデザインにするか,ざっくり設計してみます.
今回使用する消臭スプレーは,小林製薬の「消臭元スプレー」です.
この消臭スプレーの寸法が基準となって装置全体のデザインを決めていきます.

3Dモデリングの事始め

デザインを考えるとき,はじめは頭に思い描いたデザインを紙で書きおこしてみるといいでしょう.そして,今回はさらに3D CAD(Computer-Aided Design)ソフトを使って図面に起こしていきます.つまり,3Dでモデリングをしていこうということです.手書きだと,複雑な立体をデザインしようと思うと三面図(モノを「正面」「横」「真上」で捉えた図のこと)が精いっぱいですが,モデリングできれば誰が見てもわかりやすい設計ができます.
今回の設計では,AutodeskからでているInventorという3D CADソフトを使用しました.
なんと学生なら3年間無料で使えるという神ツールです(社会人のみなさん,ごめんなさい).ただInventorは,より本格的な機械設計向きです.なので,簡単な3Dモデリングにチャレンジしたいという場合はAutodeskからでているfusion360もおすすめです.こちらは,個人使用なら無償で使えるようです.

基本の❝き❞

「3Dモデリングって難しいそう…」と思う人もいらっしゃると思います.ですが,基本の流れはシンプルです.「2Dでスケッチ」して「押し出す」というのが基本の❝き❞です.どの3Dモデリングのソフトでも,この流れが基本です.
たとえば,円柱をモデリングしてみるとします(画面はInventorの場合です).
①「2Dスケッチを開始」をクリックし,描画する面を選択します.
②「円」をクリックして,操作画面で円を描きます.
③「3Dモデリング」を選択し,「押し出し」をクリックします.そして,描いたスケッチをクリックすると図のような操作画面がでます.ここで,どれくらい押し出すのかといった細かな設定を行います.
④「OK」を押すとモデリング終了です.
基本のき.png
基本のき2.png
基本のき3.png

複雑な形状でもこの流れを意識してモデリングを進めていきます.

遠隔消臭装置をデザイン-全体をイメージしよう-

Autodeskを使って,遠隔消臭装置の全体像をモデリングしてみました.
モデリングしてみると,他人がみてもどのようなものを製作するのか一目でわかります.また設計の変更も慣れれば簡単で,何度もシミュレーションすることができます
今回はサーボモータを使って,図のようにスプレー噴射部を覆って押すような機構を目指します.スプレーの噴射機構はこれ以外にも工夫次第なので,あくまでこれは一例です.
また装置の底面にはくぼみを設け,スプレーをうまくマウントできるようにします.
関税予想図.png

遠隔消臭装置をデザイン-土台-

装置のおおもとになる土台をつくっていきます.
先ほどのモデリングでいうと,図のような部分です.
土台.png

3Dモデリングだと製作する際に寸法がわかりづらいので,いったん三面図(物体を上面,側面,正面からとらえた2Dの図)に変換します.とっつきにくい図かもしれませんが,製図では基本の図です.3Dモデリングを見た後に見るとわかりやすいですね.
ここで重要な注意点ですが,基本的に製図で示されている寸法の単位は[mm]です!
2d.png

遠隔消臭装置をデザイン-スプレー固定部-

装置にスプレーを固定する部分は,図のようなパーツをつくります.
固定.png
スプレー固定.png

遠隔消臭装置をデザイン-スプレーを押す機構-

図のようなスプレー噴射機構を考えます.
スプレー押し込み部分.png
押すやつ2月12日_ver3.png
サーボモータを購入すると,下の図の赤丸に示すようなパーツ(これをサーボホーンといいます)が付属してきます.そのサーボホーンにネジでスプレー噴射機構を固定します.
サーボ付属品.jpg

それでは,これらのパーツをつくって遠隔消臭装置を完成させていきましょう!

必要な部品

土台

・木材
・のこぎり
・くぎ
・キリ
・グルーガン
軽くものをつくってみたいとき,上記のものはダイソーのような100均でそろえることができます.木材については,ホームセンターの方が選びたい放題です.
IMGP5122.jpg

スプレーを押す機構

・3Dプリンタ
▶3Dプリンタには様々な製品があるのですが,今回は「Trinus」という3Dプリンタを使いました.詳しくはこちらで説明しています.
・精密ネジ
・精密ドライバ
・ペットボトルのふた

実際に手を動かしてつくろう

土台をDIY

先ほどの設計図を参考にして遠隔消臭装置の土台を製作していきます.今回は,3Dプリンタを使わずに木材を使ってDIYしていきます.

3Dプリンタでは,大きなものほど時間がかかり,素材(フィラメント)のコストもかかります.なので,3Dプリンタで製作する必要があるものとないものを見極めることが大切です.

まず,木材に寸法をかいておき…
IMGP5135.jpg

寸法通り木材をのこぎりを切り…
のこぎりぎr.gif

釘を打つ前に,キリで木材にした穴をあけておき…
きりきりまい.gif

トンカチで釘をうち,形にしていきます.
IMGP5139.jpg

※一人暮らしのため作業は狭い玄関先で行いましたが,作業のしやすい広い場所で作業しまししょう.ナイスガイになるためには大変です.

細かいパーツを3Dプリント

スプレー固定部とスプレー噴射機構につかうパーツは,3Dプリントしていきます.

まず,スプレー固定部のパーツです.
ピコピコ,3Dプリンタで出力して…
3Dプリンタ_固定部.gif

こんな感じで出来上がりました.
IMGP5254.jpg

次にスプレー噴射機構につかうパーツです.
机の上にあったペットボトルキャップの形状が良さそうだったので,加工してスプレー噴射機構に図のように使ってみました.
P_20180212_215302.jpg
P_20180212_215255.jpg
ペットボトルキャップを使ってみたところ,うまくスプレーの噴射部分にマウントすることができました.
ペットボトルキャップ.png

3Dプリントする前に身の回りのもので工夫してみるというのも,何かをつくるときの手段の1つです.それがうまくいけば,3Dモデリングをしなおして3Dプリントしてみるのも良いでしょう.(今回は設計の変更など時間がかかってしまい,そこまで手がまわりませんでしたが…)

組み立て

では,最後にすべてのパーツを組み立てていきます!
サーボモータとスプレー固定部を下の図面のように固定していきます.
固定に,木工用ボンドやグルーガンが便利です.今回はスプレー固定部は木工用ボンドで,サーボモータはグルーガンで固定しました.

グルーガンは100均でも売っている最強ツールです.困ったときはグルーガンで接着すると何とかなります(経験上).
モータ,固定部.png
つよい最終系_配置.png

そうしてできた上がったのがこちらになります!
完成.png

おさらい

 前回のおさらいですが,Nefry BTには下記のプログラムをコンパイルしておきましょう.
 また,配線も前回と同じです.

#include<Nefry.h>
#include<BlynkSimpleEsp32.h>
#include"esp32-hal-ledc.h"

#define PWM_BITWIDTH 16

char auth[] = "Your PATH";
char ssid[] = "Your SSID";
char pass[] = "Your PASSWARD";

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Blynk.begin(auth, ssid, pass);

  ledcSetup(1,50,PWM_BITWIDTH);
  ledcAttachPin(A3,0);//right_motor
  ledcAttachPin(A2,1);//left_motor
  Nefry.enableSW();
}

int deg2pw(int deg, int bit){
    double ms = ((double) deg - 90.0) * 0.95 / 90.0 + 1.45;
    return (int) (ms / 20.0 * pow(2, bit));
}

//rigth_motor:A3
BLYNK_WRITE(V0){
   for(int i=0; i<=90; i++){
   ledcWrite(0,deg2pw(i, PWM_BITWIDTH));
   }
  delay(800);
   ledcWrite(0,deg2pw(20, PWM_BITWIDTH));
}

//left_motor:A2
BLYNK_WRITE(V1){
   for(int i=0; i<=90; i++){
   ledcWrite(1,deg2pw(i, PWM_BITWIDTH));
   }
  delay(800);
   ledcWrite(1,deg2pw(20, PWM_BITWIDTH));
}

void loop() {
 Blynk.run();
}

動作確認&完成!

遠隔消臭装置全体が完成したら,最後に動作確認をしてみましょう.
Blynkからボタンを押すと…
https://gyazo.com/7fa68d5343640130962f0fada83c91fb
いきおいよく,スプレーがぷしゅーっと吹き出します.
※右のスプレー缶が空なので噴射しません.
https://gyazo.com/96dbdda4782dc4da9db751117f41953d
おぉ,なんと消臭出来ています!
空間がいい匂いです!

まとめと改良ポイント

なんとか遠隔消臭装置を完成させることができました.
実際にこの装置を使ってみて,「もうちょっとこうした方が良い!」ということがありました.

スプレーの容量が減ると噴射しにくくなることがわかりました.
これは,スプレー噴射機構の力がうまく伝わっていないことが原因だと考えています.
改良ポイントとして,
 ・消臭スプレーの位置とスプレー噴射機構の位置調整
 ・スプレー噴射機構がスプレーの押す部分を確実にとらえるために形状を変更
といったことがあげられます.
随時,改良していきたいと思います.

おわりに

どうもこんにちは.
遠隔消臭装置を完成させることができ,無事,ナイスガイになれたたくろーどんです.

動作するものを1つ製作することは大変ですが,やり遂げたときの達成感は結構おおきいものです.また,プログラムと設計の両方をうまく噛み合わせる必要があります.なので設計したとおりに動作するのかどうか,実際につくってみないとわからないこともあります.そこは,ものづくりに対する経験と勘が必要なのではないかと思います.
ただ材料や道具はどこでも手に入り,便利なソフトウェアやwebサービスを使うことができる時代です.それを活用しない手はないでしょう.

最初は試行錯誤の繰り返しですが,ものづくりの敷居は下がってきています.
みなさんも自由な発想でものづくりにチャレンジしてみませんか?

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