CNCの自作とCNCで作る工作


Theo Jansen Mechanism をヒントに風車で動くBeest(獣)を作ってみました。

 この作品はオランダの物理学者で彫刻家のTheo Jansen氏が公表されたメカニズムを応用し、 
私なりに少し工夫を加えました。動力にサボニウス型風車を採用して風向に関係なく動かす事が
出来ます。                                      
 サボニウス型風車はフィンランドのサボニウス氏が1929年に考案され、風力が少なくても安定
して回転するのが特徴です。                                 

 今回も、シナベニヤをCNCフライス盤で切削しました。同じ部材を沢山作るのに威力を発揮しま
したが、切削後のバリ取りに結構手間が掛かります。切り口に焦げ目が付きますがバリが出ない
レーザーカッターに物欲が湧いてますが、遊びには高価で手が出ません。          


メカニズムについて
 素人の私がメカニズムについて話すより、WebでTheo Jansen Mechanismを検索すると詳しく メカニズムを紹介した動画や画像が沢山ヒットしますので、そちらを参考にして下さい。      CNCを使って切削するのに役立つDXFファイルを添付しましたので参考にして下さい。  脚部には公称3㎜厚(実際は2.8mm前後)のシナベニヤを、関節のピンに2㎜径の真鍮丸棒を使い、 露出部分にはアルミパイプを被せました。また、連結には4mm径の木の丸棒を使用してます。                              以下の画像はクリックすると別ウィンドで拡大表示します。 リンク機構の画像とDXFファイル
一対分の機構とピン・センター間寸法
実物の完成画像
切削パーツのDXFファイルはこちらです(zip) クランクの構造について  針金を折り曲げてクランクを作る方が多いですが、組み立てや分解が容易に出来るようアクリル板を 使いました。また、風車の動力をクランクに伝えるのに市販のギアボックスを使いました。      隣接のクランク角は180°で交互に設定します。                          クランクの画像とDXFファイル クランクのDXFファイルはこちらです(zip) サボニウス型風車と動力の伝達  
サボニウス型風車の完成画像
サボニウス型風車木部の画像

サボニウス型風車木部のDXFファイルはこちらです(zip)


この板上下2枚をアルミ飲料の缶を流用して貼り付けます。
シャフト穴は使用するパイプに合わせて穴あけをして下さい。
 全体の重量が重くなると動きが遅くなるので、風車の動力をクランクに伝える減速機に軽量な タミヤ模型の「ミニモータ低速ギヤボックス(4速)No.189を使いました。          このギヤボックスは、ミニモーターを使っていてウォームギヤを回す構造ですが、モーターを外 し、モーターの代わりに同じ大きさのアルミハウジングを作り、1.5㎜径の真鍮シャフトを貫通し て、アクリル板で作った差し込み式ジョイントを介して風車の軸と結合しました。       (アルミ缶使用の理由:平らな板を丸く曲げると、曲げに対する直角方向両端の解放部が必ず膨 らみます。しかし、アルミ缶を展開すると曲面がそのまま生かせてとても使い易いのです)   注:アルミ缶の解放部は切り口を折り曲げ、怪我をしないように加工しておきます。  

ギヤボックスの改造と取り付け方法

   
ミニモータ低速ギヤボックス(4速)No.189の改造前
ミニモータと置き換え用のアルミハウジング
アルミハウジングの切削図面
10tのアルミ板から削り出しました。

アルミハウジングのDXFファイルはこちらです(zip)
ミニモータと置き換えたアルミハウジング
ギヤ比を71.4:1に設定して完成したギアボックス。
ギヤボックスを架台に取り付けた様子
ギヤボックス架台の参考画像

ギヤボックス架台のDXFファイルはこちらです(zip)




SOLAR BEEST 2014.09.30追記
アクリル製の3号機をサボニウス型風車に改造したので、この1号機の動力源を太陽光発電に改造してみました。

サボニウス型風車を外し、ミニモーター・ギヤボックスに元のモーターを戻してタミヤ模型のソーラーパネルを追加しました。
使用したソーラーパネルは1枚の発電量が最大で1.5V 500mAです。しかし、ソーラーはお天気によって発電量が変化するので 
直列・並列の切り替えスイッチを設けてお天気に応じて使い分けする事にしました。快晴の時は発電量が大きいので2枚直列に 
接続し、曇りの時は発電量が少ないので2枚並列接続にして電流を重視したモーター駆動としました。            
直列接続ではパネルの出力電圧が高いので早足で歩きますが、並列接続の場合は電圧が半分なのでゆっくりな歩みとなります。 
ソーラーパネルの切り替えスイッチは電源スイッチ兼用のため中点ストップがある3点並列スイッチを使いました。     
ソーラーパネルの切り替え回路図


前側


後側


完成したSOLAR BEESTの動画をご覧ください。


皆様の参考になれば幸いです。

by Paradise


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