2018年1月19日金曜日

ぶつからない車(赤外線反射型センサーモジュール使用)

小学高学年~中学生向けの工作を考えています。
2つ目は「ぶつからない車」です。

以前にも 赤外線LEDと赤外線フォトトランジスタを使用して
「ぶつからない車」を作りました。

この装置では、車が障害物に近づくと、
①赤外線LEDが前方にある物体に照射される。
②フォトトランジスタが物体に照射された光を検知しわずかに電流が流れる。
③わずかな電流をトランジスタで増幅する。
④リレーのスイッチをオフにする。
⑤モーターが停止する。
このように、リレーを使って、
フォトトランジスタが光を検知したとき(ON時)に
モーターをOFFにする操作をしていました。

最近、Arduinoの勉強のために、
赤外線反射型センサーモジュールを購入したのですが、
これを使うと、フォトトランジスタが光を検知したとき(ON時)に
モーターをオフに出来るのことがわかりました。
リレーを使用しなくても作れるのです♪
(上記①~③は同じ動作です。)


この「赤外線反射型センサーモジュール」を使うと、
簡単に「ぶつからない車」を作ることが出来そう・・・
と思い、作ってみました。

おもちゃのタイヤに15mm程度のシャフトを差し込み
TTモーターのモーター軸に差し込みます。
モーターの電極には、0.65mmφのPVC線をハンダ付けしています。
(後でブレッドボードに差し込むため、PVC線を使っています)

TTモーターに3×8cmの板をホットボンドで貼り
端の方に1×3cmの板と、φ4mmのストローを
ホットボンドで貼りました。

③のストローに50mmのシャフトを差し込み
シャフトの両側におもちゃのタイヤを取り付けました。

電池ケースのリード線の先端にも
0.65mmφのPVC線をハンダ付けし、
ケースを板にホットボンドで貼り付けました。


(5×5)hole のミニブレッドボードに
赤外線反射型センサーモジュールと
トランジスタ(2SC2120)を差し込んで回路を作ってから
ブレッドボードを板に貼り付けました。
基板の青い四角の可変抵抗を
反時計回りに回すほど、障害物に接近して止まります。
(回し過ぎると障害物に接近しても、車が止まらないです。)
時計回りに回すほど、障害物から離れて止まります。
(回し過ぎると障害物が遠くでも、車が動かないです。)

乾電池はアルカリでもOKですが、
今回はマンガン電池にしました。

当初、増幅率やコレクタ電流が心配で
ダーリントントランジスタを使って作成しましたが、
2SC2120でも試してたところ、これでも十分のようなので、
2SC2120に変更しました。
(ICは0.2A前後で2SC1815はコレクタ電流不足です。)

動画で撮ってみました。


動画の最後の方、黒い紙に反応した時は、
これくらいギリギリのところで止まりました。
(距離は可変抵抗により変化します。)

2台向き合わせると、
お互いの赤外線を受光して止まります。

赤外線センサーモジュールの定格は3~5V
TTモーターの定格は3~12V
なので、
乾電池は2個でもOKですが、
電圧2.7V以下まで下がると、反応が悪くなるため、
今回は乾電池3個使用することにしました。

動画の最後にも書いておりますが、
太陽光が入るところでは、
太陽光に含まれる赤外線に反応して止まってしまいます。
電灯照明等の部屋でやってみて下さい。

ttモーター、赤外線反射型センサーモジュール、
ミニブレッドボード等をAliExpressで購入した場合
材料費は約450~550円くらいになりそうです。

ハンダ付けはこちらでしておけば、子供さん達でも簡単に作れると思います。


前足歩行ロボ

小学高学年~中学生向けの工作を考えています。

まずは「前足歩行ロボ」です。
前足だけでヨタヨタ歩きます♪

ttモーターの軸に4mmφのストロー(長さ約1cm)を
ホットボンドで貼り、その上からテープを巻きました。
モーター電極には1Pinコネクタをハンダ付けしています。

幅15mm、厚さ約4mmの板の両側に
 幅、長さ 約10mm、厚さ約4mmの板を貼り
板の両側に 5mmφ×10mmのストローを貼りました。

②を①にネジ留めしています。

モーターに近い方に
厚さ5mmのスチロールボードを貼り、
ボードの上にφ5mm 長さ10cmのストローを貼りました。
(ストローの長さは長い方が、歩き方が安定します。)

アイス棒 長さ約30mmの上の方に穴を開け
M4×15mmの小ねじを取り付けています。

直径約20mmに切ったスチロールボードに穴を開け
③を差し込んで接着、
ボードの下にはすべり止めシートを貼っています。
アイス棒の上から約20mmのところに、
つまようじを貼っています。


⑦ 
⑥のつまようじを
②の5mmφのストローに差し込んでから
⑥の小ねじを①の4mmφのストローに差し込みます。

単4乾電池2個用のケースのリード線の先端に、pinを取り付け
モーターの上に貼っています。
(単3乾電池2個を使用したかったのですが、
動きを比較すると、単4の方が良かったので、単4にしました。)

電池ケースにナットを貼って、目にしてみました。
 横から見たところです。 

スイッチはなく、
プラス、マイナスのピンを差し込みことで、
動き始めます。

動画で見るとこんな感じです。

Youtubeのこちらの作品を参考にしながら作ってみました。
https://www.youtube.com/watch?v=5Y8nKhuK8O4&t=28s

電極のハンダ付け、アイス棒の穴あけはこちらで下準備しておき
接着は全てホットボンドで行ってもらおうと思います。
ただ、貼るときの微妙なズレで動き方が変わるので
意外に難しいような気もします。

AliExpressでttモーター等を購入した場合、
材料費は200~300円くらいになると思います。



2018年1月3日水曜日

ダイソーの「パチパチトール君」を電動で!

ダイソーの「パチパチトール君」
胸のあたりのレバーを押すと、手を叩いてくれます。
愛嬌があってとても可愛いです♪

今回 これを3つ並べ、電動で動かすことにしてみました。

昨年末からマイコン(Arduino)のお勉強中ですが
今まではLED関係のものばかりでした。
今回、サーボモーターに挑戦してみようと思い、
サーボモーターの動きを見ているうちに
この装置を思いつきました。
サーボモーターの場合、指定した角度でモーターが動いてくれるので
制御しやすいかな?と思いました。

「パチパチトール君」を開けるとこのような感じです。
バネの力でうまくパチパチやってくれるようです。

手を繋いでる部品も外してみました。
この中にも小さなバネが入っていました。

サーボモーターが入るように、本体の後ろ側に穴を開けました。


サーボモーターに木片を取り付けて
③に取り付けました。
ケースの横から木片をネジ留めしています。


手の接続部分にアイス棒も一緒にネジ留し
(アイス棒は軽く動くようにしています。)
アイス棒の下の方に、サーボアームをネジ留めしています。
(サーボアームも軽く動くようにしています。)


マイコンは5V用 Arduino mini、
電源は5V2Aの電源アダプターを使用しました。

右の方のタクトスイッチを押すと、動き始める仕組みです。

後ろ側はこんな感じです。
板の裏側には すべり止めシートを貼っています。

動画で撮ってみました。

手動の場合は、手と連動して口も動くのですが
私の装置では 残念ながら口を動かすことは出来ませんでした(^^;


2017年12月22日金曜日

色を認識するライト

色を認識するライトを作ってみました。

数年前、テレビで紹介された「smart light」
下の色に合わせて、ライトの色が変化し、
ビックリした記憶があります。
買いたかったけど、かなり高価で諦めました(笑)

最近、Arduinoを始めたところ、
カラーセンサーを使用すれば、
そのようなものを作れることがわかり、
早速 挑戦してみました。

使用したものは
カラーセンサーTCS230 TCS3200
フルカラーLED 7個
Arduino pro mini(互換品 3.3V 8M㎐)

装置全体は、ダイソーの2WAY懐中電灯に
おさめることにしました。

仕組みはカラーセンサーで色の周波数を読み取り
マイコン(Arduino)内に組んだ条件式に従って、
準備した13色の中から 近い色を選び出し、
フルカラーLEDをその色で点灯させるといった感じです。

基板に7個のフルカラーLEDを
並列に取り付けました。

①を2WAY懐中電灯のテープLEDがついてたところに
ネジ留めしています。

カラーセンサーをミニブレッドボードに差し込んで
2WAY懐中電灯の下の方にネジ留めしました。

Arduinoにプログラムを書き込んでから
配線をしたところです。

赤、緑、青色のLEDにはそれぞれ抵抗を入れました。
(赤 300Ω、緑 2000Ω、青 100Ω)
緑はかなり明るく見えたので、抵抗値を高くしましたが、
ちょっと高すぎたかも?(^^;
各色の調整はプログラムの中でも行っています。

カラーセンサーを入れるため、
懐中電灯の下のネジのところを壊したので
外からネジで留めました。
下部は安定して立つように 4隅にビーズの脚を取り付けました。

 ⑥
スイッチや電池ケースも懐中電灯のものを使っています。

こんな感じになりました。

動画で撮影してみました。
桃色と紫色が同じように見えますが、実際は違って見えます。
全体的に実際の色と少し違っています(^^; 
青や水色は光が波打ってるように映っていますが、
実際はそのようには見えないです。

光り物の動画や写真撮影は難しいですね。
最初、作ったそのままで動画撮影すると
どの色も真っ白になってしまいました。
LEDに拡散キャップをかぶせたり、
ライトの上にトレーシングペーパーを巻いて拡散させたりしましたが
どうしてもダメで、結局 プログラムの中で
赤・青・緑の色指定を変更して、
ビデオ撮影しました。
ビデオ撮影した状態では、実際に見た感じでは薄暗くて
いまいちなので、撮影後、元のプログラムに戻しました。


カラーセンサーの使い方はこちらを参考にさせて頂きました。

カラーセンサーから得られるデーターそのものを
LEDを光らせるための数値として使用するのが困難だったので、
得られたデーターの条件を指定して、
LEDの色(13色)に紐付けることにしました。

例えば得られたデーターが
(R,G,B)=(350,1500,1400) なら 赤(0,255,255)に紐付け
(R,G,B)=(950,600,1300) なら 緑(255,0,255) に紐付け
(R,G,B)=(1900,900,500) なら 青(255,255,0) に紐付け
 赤(0,255,255) としていますが フルカラーLEDを使用した時は
本来の赤(255,0,0)の真逆になります。
(得られたデータはスケーリング割合2%時のデータです。)

もし、赤・緑・青の3色のみの認識で良ければ
得られたデーターの最小値の色を選択すればOKですが、
4色以上を認識させるには
もう少し、条件式が必要になってきます。
今回は(R,G,B)の数値範囲の指定や、
比率の指定、R,G,Bの差の範囲 等々で条件設定を行って、
13色を認識できるようにしました。
(赤・青・緑・ピンク・桃色・紫・水色
黄色・クリーム色・オレンジ・黄緑・黒・白)

このセンサーを使用して作られたYoutube動画も色々と見てみましたが
3色~6色くらいの認識が多かったです。
中にはこんな楽しい装置も・・・
https://www.youtube.com/watch?v=H7HTQai7Wwg
こんなの作れるようになりたいなぁ・・・

色々と調べてみると、
販売商品ではありますが、
256×256×256=1677万色を表現できるライトもありました。
https://plusstyle.jp/shopping/item?id=20
これを見ると、私が作ったものなんて
まだまだダメですね・・・
いずれ、こんなのも作れるようになりた~い!!

私の映像では紙と果物で試していますが
光る素材のもの
例えばガラス越し、金属製品、光沢紙等では
色の認識は悪く、思った色に光りませんでした。

今回使用したカラーセンサーは
こちら

フルカラーLEDは
こちら

Arduino Pro mini(互換品 3.3V)は
こちら
です。

<2018年1月2日 自分用の覚書>
2018年1月1日、親族の集まりに持って行ったところ、
途中から光り方がおかしくなってしまいました。
どうも青色LEDが光っていない感じです。
持って帰って、分解してみると
フルカラーLED 7個のうちの1個の
青色チップが壊れていたようです。
壊れた1個のLEDだけじゃなく、他の6個のLEDも光らなくなるのですね・・・
この1個を取り換え、無事に元通りになりました。


2017年12月14日木曜日

ダイソーの「光るスティック」で光の3原色実験

先日、Facebook繋がりの滋賀の浅井さんが投稿されていた小さな電球、
一見、白色に光っているのですが、
振ると赤、緑、青色が見えます。

「赤、青、緑のLEDが順々に高速発振しているのかしら?」と聞いたところ
「そうです」とのお返事を頂きました。
また、この電球はもう製造されていないとのことでした。

これは、作ってみたいと思い、ダイソーの「光るスティック」で挑戦!
「光るスティック」には赤・緑・青のLEDが入っていて、
高速点滅、少しゆっくり点滅、変化のある点滅の
3つのパターンがあります。
このパターンはそのまま使用し、
LEDのみ4本足のフルカラーLEDに取り換えてみました。

ダイソーの「光るスティック」です。

上の方のスティック部を取り外し、下の青いところを分解し、
赤・緑・青のLEDを取り出し、
4本足のフルカラーLEDに取り換えます。
透明ではなく 乳白色ボディの
アノードコモンタイプの5mmのLEDを使用しました。
http://www.led-paradise.com/product/2126

 ③
こんな感じです。

LEDの足の余分なところと、
余った赤色のアノード線2本も短く切りました。

赤・緑・青のLEDが埋め込まれていた白い部分の真ん中に
φ5mmの穴を開けて、
フルカラーLEDを差し込みました。

ケースを元通りに組立てたら完成です。

<2017年12月23日追記>
上記②までの分解時の写真を撮影しました。
まず、透明部分の根元の方をニッパ等で切り取ります。

こんな感じで、ここは汚くても問題ないです。

透明部分と白のプラスチックの間に
細いマイナスドライバーを入れて
接着された状態のものを剥がします。

丁寧に1周分剥がしたら、白いプラスチックを掻き出します。


透明部分を切り取ります。

線を切断し、LEDを矢印の方向へ押し出します。

上の方の写真では、青色の首のあたりを本体から外していますが。
このピンク色のものは、そこも取り外しにくかったので、
外さない状態で、LEDをハンダ付けしました。


動画で撮影してみました。


1つ目の高速点滅のパターンでは、
ちらつきはあるものの白く見え、振ると赤・緑・青が見えます。

3つ目のパターンでは、赤・緑・青に加え、
赤+緑=黄色、 緑+青=シアン、青+赤=マゼンタの
6色の変化を見ることも出来ます。

「色の3原色、光の3原色」の詳細は
こちらをご覧ください。
http://www.eneene.com/omoshiro/01iro/
(Flashで作っているので、パソコン限定ですが・・・)