hisa-Lab

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もう２月ですね。

前回から何もしていないわけではありません。
完成してからまとめて書きたかったのです（笑）

前回の記事のあと高専祭やら試験で忙しく、まともに制作する時間がとれなかったので年越し後の完成となりました。
こんなものを作るのに結局５ヶ月くらいかかってしまった（汗）

制作の記録記事はかなり長くなる＆写真だらけで重くなるため、複数記事で書いていきます

・自動天井点検口開閉装置の役割・
うちは平屋建てです。
天井裏には意外とスペースがあり、物置などに活用できます。しかしこの天井裏へのアクセスは台所の点検口しかなく、
不便なのでそれを自室につけてしまおうと考えたのです（要するに天井裏秘密基地
そしてただ天井に扉があるのも面白く無いので自動で開いてロープ梯子でも降りてきてくれたら便利＋αカッコイイ
のに・・・という発想にｗｗｗｗ

・具体的な動作・
まず、天井蓋は天井にめり込む形で閉じられるので、開け閉めの際は蓋自体が上下しなければなりません。
また、登るとき邪魔にならないよう、横にスライドして避ける必要があります。
もちろん人間が登るのでロープ梯子を屋根裏に格納し、必要なときに降りてくるようにします。
動作はすべて無線リモコン（４ｃｈ）による順番動作で、蓋開閉、梯子の昇降を指示します

そしてあくまでスマートに、メカニカルに。

・大まかな工程もくじ・
設計・計測・寸法どり
３Dモデルで仮想動作
施工。点検口開口
ロープ梯子格納用部品製作
メイン制御回路
天井蓋移動用加工
うｐした動画

＠設計から＠
基本的に作りながら改良を重ねていったので最終形態を主に載せます。
この天井蓋はプラグドア（外吊り式）のような開き方をします。
厳密には違いますがｗ
閉まっている状態から、天井蓋が下に沈み横にスライドして開きます。
２つの動作があるのでアクチュエータは二種類用意します。また、梯子の昇降については以降に書きます

リモコンでの制御はたまたまあった無線制御モジュールを流用ｗ

蓋が下がる→検知→スライドモーターONみたいな仕組みなのでマイコンのほうが楽ですが
それによるプログラム制御ではなくSCRとリレーでスイッチするという原始的な方法をとります。
リレーを使ったのは、そこにあったから（笑）と、モーターの電流を考慮する必要がなかったからです。
その代わりコイルなのでSCRをでかいのにしないといけなかったのが残念でしたが。

構成部品は身近なもの（CDトレイとかｗ）

＠３Dでわかりやすく＠
言葉では伝わらない動きを映像で。
モデリングにはMetasequoiaを使い、MMDをお借りして作りました。ちなみに寸法は原寸大です

見れない方はこちら↓（1080pもうｐしてあります）

<②へ続く>

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自動天井点検口開閉装置②

<①の続き>

実際に作ります
＠施工＠
2011年、８月中盤。天井裏は超高温状態で汗半端ないｗｗ
作業は全部一人で行うので大変です
予め寸法を卦がいておいたところを丸鋸で切っていきます。
上向き作業は非常に辛く、切り屑が顔面に降ってくるので気持ち悪いです
※要保護メガネ

開口当初はこんな感じ。

梁に大きな亀裂が走っていることが発覚ｗｗ

清掃後、排気ダクトを取り付けました

照明関連の電源コードがかなり邪魔ｗ

とりあえず市販のアルミフレームを装着。

また、天井裏は薄い天井板を持ち上げる補強材と梁しかないので橋を踏み外すと大変危険です
万が一落下した場合は大怪我するかもしれません。
決まり文句ですが一応書いておきます。
"参考にする際は自己責任でお願いします。いかなる事態も当方は責任を負いかねます。"

と、いうことで床板補強。
４５ミリ角材で足場を整えます。また、その上から床板を敷いて２階の出来上がり。
文で書くと簡単ですが実際は木材切るためにビニールシートでクリーンルーム的なものを作って中で加工しました（屋内でやったので
床板はエアタッカーで固定。角材に斜めに釘を打ち込むのは困難を極めました。大工さん尊敬します。
自分が乗っても問題ないですが万が一のために自分以外は入室禁で！

これで負荷の高い作業は一段落。

＠ロープ梯子と格納用部品制作＠
ロープ梯子は結構重要で、こいつが切れると大事故になりかねません。自分専用の設計なのでもちろん自分以外は使用禁です。
ロープ梯子は自作すると危ないのであんまり作って欲しくないのですが、自分は登山の使用例を参考にもやい結びで作りました。
（ロープ梯子なんて買う金ないんでｗｗ）
折りたたむ向きに結び目があわせてあるので自然に折りたたまれます。

取り付けてみた。

この他、重量物を上げるために動滑車を取り付け。柱にボルトを固定するときはかなり機械の手を借りましたｗ
滑車は耐重量の問題もあったので動滑車×２で構成しました
なので４分の１の力で持ち上げられます。その代わり長さが４倍に・・・
人間位なら上がるかもしれない・・・ｗ余談ですが自分で自分を上げるのに挑戦しました。
自分の体重の４分の１を引けば上がるのですが想像以上にきつかった。。。

続いてロープ梯子を引き上げ、天井裏に格納するためのモノを作りました
ロープ梯子につないだ細い紐を巻き上げる構造です
ロープ梯子自体にも結構重量があり、これを持ち上げるトルクのあるアクチュエータは身近に電動ドライバーのギアしかないと考え、
これを採用しました。実は前回の記事にあるプラネタリギアはここで活用してました。
この装置に必要な機能は、
・高トルクで引き上げ＋紐が絡まらないような作り。
・上がりきったら自動で止まるよう、リミットスイッチを内蔵
・同じく下がりきりも。

この装置に結構悩まされました。これには圧力がかかった状態の紐と部品の摩擦、伸縮も考慮する必要があるので何度も改良を重ねました。
最終的には
電動ドライバー（掘り出し物）のピットを加工して紐が絡まらないように。
上がりきりリミットスイッチは軽いマイクロスイッチ。
下がりきりは紐が最大長さになった時に止まるようにするため光センサを利用。

となりました。

プラネタリギア(笑)

光センサ空中配線

この樹脂板へ組んでいきます。

これでタコ糸を巻き上げ、ロープ梯子を天井裏へ格納します。

掘り出し物のドライバーなので歪な形のギアユニットですが一応完成。（）

<③へ続く>

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自動天井点検口開閉装置③

<②の続き>

＠メイン制御回路＠ 2011/１２月ごろ完成
リレーまたはマイクロスイッチでのモーター正・逆回転回路を利用し、それぞれの動作をしています。
これ小さいころ謎だった回路なんですが今回思いつきで書いてみたら矛盾なくできたので非常にすっきりしました。

回路図では単純な回路なのに実体配線でかくと複雑です・・・

ちなみに電気製図なんてやってないのでおかしい部分を突っ込んだら負けです（笑）

回路の作りは、バトンを受け渡すような流れになっています。
蓋が開くときは、
モーター1が正転、下がりきりリミットでストップ＆横移動モーター２正転、
開ききりリミットでサイリスタ電流遮断、停止。
逆に閉まるときは、
モーター２が逆転、閉まりきりリミットでストップ＆上がりモーター１逆転、
上がりきりリミットでサイリスタ電流遮断、停止。

これらを行う際にスイッチ周りに問題が生じます。
順を追って見ていくとわかりますが、スイッチの挙動が逆の箇所が双方ともに出てきます。
これらの問題をダイオードが解消してくれました。
ダイオードってすばらしい＾＾

そして、できた基板

リレー、サイリスタ4つ、3.3Vレギュレーター２つが見えます
左下がロープ梯子用、左上が移動用です。右のプリント基板のモノが市販品（改）です。
裏は継線ばかりで見栄えが悪いので見せられませんｗ
電源は４系統の入力でそれぞれ12V, 17V, 5V, 2.4Vです。
なんでこんなに分かれているのかというと、電源の容量が小さいからです（笑）
その他コイルやモーターによって電圧低下が起きるのが結構致命的です。
12Vはメインのリレー、無線モジュールへの電力供給。
17Vは備え付けトランスからの入力で、レギュレーターで3.3Vに下げて赤外線センサやらサイリスタのゲート電流に回します。
５Vは同じくもう一つのレギュレーターで下げて移動用モーターの入力に使います。当初５V(MAX1A)でモーターを回す予定が、
今回は電流を結構食うモーターを使ったのでACアダプタの保護回路が働き、正常回転しませんでした。
そこでこんなものを制作。

このようにインダクタを挿入することで回りましたが、電圧がちょっと高いので結局レギュレーター任せになりました。
2.4Vはバッテリーからの入力です。ロープ梯子引き上げモーターは３A流れるので現在どうにもなりません。
そのうち自動継ぎ足し充電か大容量電源に切り替える予定です。

<④に続く>

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自動天井点検口開閉装置④

<③の続き>

＠天井蓋移動用の加工＠

この作業も少し手間取った部分です
この部分の横移動は、レールを天井口両サイドに取り付け車輪付き台車を載せ、コの字型にした支持具＋蓋をぶら下げて
動かします。大変なのが上下の動きです。この天井蓋は強度優先で組んだためかなり重くなりました。
改良後も重量が1200gあり、当初考えていたCDトレイで持ち上げが利かないことに。。。
CDトレイのモータを取り替え、ギア比1428.2:1 ,回転数7rpm ,回転トルク2306 gf・cmのウォームギアに変更しました
他にも空気圧やジャッキ式なども考えましたが一番有効なのがこれでした。

MarkⅠがこれ。

軽量化のために様々な工夫をしました。
まず、最低強度（しならないように）確保のため合板を貼付け。当初鉄製だったコの字型支持具を木製に。←これがかなり大きいｗ
フレームの四隅にあるL字の固定具を外し、TIGでアルミ同士を溶接。アルミなので交流で。
ちなみにTIGは母材がプラスになるので、交流だとそれが入れ替わり、電極の消耗が早くなります。アルミ以外は直流使ったほうがいいと思います

最初の３Dモデルの動画のモノを解説します。
薄い台車を作ってその上に天井蓋支持具OBの鉄アングルを固定。四角くなるように今度は直流皮膜アーク溶接し、そこに改造型高トルクCDトレイUnitを
ぶら下げる形で取り付けます。これでトレイの先に天井蓋の現役木製コの字支持具をつければ完成！

台車です

高負荷状態で調整してるうちに車輪が散ったので強度のちょっと強いものに交換しました。

コの字型のうで付き天井蓋。

<⑤に続く>

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自動天井点検口開閉装置⑤

<④の続き>

最後にこれらを横移動させるアクチュエータを作ります。

これが最終的に仕上がったものです。

ワイヤープリーをギアで回しています。結構ワイヤーを強くひかないと滑ってしまうので考慮が必要です・・・
端には開ききりリミットスイッチをつけており、端に移動した事を検知できるようにしました。

銅の丸棒にM3のネジを切ってナットで端を留めます。
しかしこれまたダイスが回らない！
仕方なく電ドラに棒を噛ませて簡易旋盤ｗｗ的な事をしてどうにかねじ切りを終えました。