今回やること

どうもこんにちは、ナイスガイになりつつあるdotstudioのたくろーどんです。

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 BTを使って考えました。

今回は、外装を制作して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きましょう。

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!

遠隔消臭装置をデザインする

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。

本記事では消臭スプレーの寸法を基準に装置全体のデザインを決めていくので、お好みのスプレーの寸法に合わせてください。

3Dモデリングとは

外装デザインを考えるとき、紙で書きおこしてみるとイメージしやすいですが、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)。ただしInventorは、本格的な機械設計向きです。

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。

3Dモデリング基本の“き”

「3Dモデリングって難しそう……」と、思う人もいらっしゃると思います。ですが、基本の流れは至ってシンプルです。

「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。「OK」を押すとモデリング終了です。

複雑な形状でも、「2Dでスケッチ」して「押し出す」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 〜全体イメージ〜

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。

遠隔消臭装置をデザイン 〜土台〜

装置の大元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。

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!

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。


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。


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(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。

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、だいたい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。

スプレーを押す機構
3Dプリンタ 精密ネジ 精密ドライバ ペットボトルのふた

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。詳しくは下記の記事で説明しています。

⇒ 参考: 放置されていた3Dプリンタ「Trinus」で初めての3Dプリントに挑戦

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、木材に寸法を書いておき……

寸法通り木材をのこぎりを切り……

釘を打つ前に、キリで木材にした穴を空けておき……。

トンカチで釘を打ち、形にしていきます。

※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

こんな感じにでき上がりました。

次にスプレー噴射機構に使うパーツです。

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。


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。試して上手くいったら3Dプリントしてみるのも良いでしょう。

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。固定には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)。

そうしてできた上がったのがこちらになります!

プログラムのおさらい

おさらいになりますが、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 16char 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:A3BLYNK_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:A2BLYNK_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

勢いよく、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、遠隔で消臭できています!

空間がいい匂いです!

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。

動作するものを一つ制作するには、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。設計したとおりに動作するのかどうか、実際に作ってみないとわからないこともあり、モノ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。なかなか大変ですが、やり遂げたときの達成感は結構大きいものです。

最初は試行錯誤の繰り返しですが、モノ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モノづくりにチャレンジしてみませんか?

●著者プロフィール

たくろーどん
高専を卒業したのち、大学に編入し航空宇宙工学を学んでいる。研究テーマは人工衛星の推進機について。受け身に学ぶだけでなく何かアウトプットしてみたいと思い、dotstudioに参加し、ものづくりをしている。
Twitter: @takudooon / dotstudio, inc.