駆動部分の製作

R2D2 には2種類の駆動部があります。移動には足に付けたモーターを使用し頭部のドームは左右に回転します。

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足の駆動部

R2D2を移動させるための駆動部です。全体の重量は30kgに達すると思いますので片足には15kgの荷重がかかります。これを支えた上で車輪を回転させるのはかなりつらい作業になるので、車輪は大型のキャスターを使用しました。これをワイパーモーターの軸にはめたゴムローラーで回転させるのですが、キャスター輪はゴム製の物がみつからずポリエチレン製なので十分な摩擦が得られるか心配です。

		足の駆動部の基台に部品を並べてみました。 脚がこの板の裏に取り付けられるので、その固定も考えると非常に苦しい配置になります。足の裏からタイヤが出っ張る量は少なくしたいのでこの板を足の裏から浮かせて固定します。構造的に複雑になるので全体の重量を支える脚の取り付け部分の強度を十分考慮しなければなりません。 モーターのギヤがかなり下にまで来ているので接地面からのクリアランスが小さくなっていますが、ラフロードでの走行は無いものとして眼をつぶっています。
		使用したワイパーモーターです、ワイパー用のアームは取りはずします。
		軸は8mmφのボルトになっているのでこれを利用します。
		左は六角の長ナット、右は中心に穴の開いているゴムの丸棒です。どちらもホームセンターで入手した物で、これでローラーを作成します。
		モーター軸にゴム棒を受けるワッシャとスプリングワッシャをはさみ長ナットをがっちり締め込みます。ここが緩むと動力の伝達ができないので思い切り締めこんであります。できれば溶接したいところですが、あまり使い道のない溶接用具を買い込むことまではしたくないのでワッシャの活躍に期待しています。最近はロック能力の高い菊ワッシャが見あたらないのでスプリングワッシャを使用しました。
		ゴムの中心の穴は小さく、伸びてしまうのでドリルでは広げることができませんでした。またあまり広げてしまうとゴム棒がスリップしてしまうので圧入するのが望ましく、8mmのボルトを長ナットにねじ込み、ワッシャとナットで無理矢理圧入しました。これは予想以上にうまくいき、簡単にゴム棒を奥まで圧入することができました。
		圧入されたゴム棒です。更にワッシャとボルトで蓋をします。
		モーターを固定する台を製作しました。モーター本体が58mmφなので60mmφのホールソーで穴を開けました。モーターは基台から15mm浮かせるのでそのように穴を開けカットしたものをモーターごとに4枚作成しました。 この作業中にホールソーが空回りするようになり、調べてみると軸への止めネジが赤いプラスチック部分にタップを立てているだけのため、プラスチックにひびが入っていました。ずいぶん長く使っていたのですが、こんなチャチな作り方で今までよくもったものだと驚きました。
		カットしたモーター台を4枚重ねてボンドで接着しました。木ネジで固定するつもりでしたが、パイン材がもろいためボンドのみとしました。はがれる方向には力が加わらないので問題は起きないと思います。また基台には木ネジ4本とボンドで固定するため下穴を開けました。写真は下穴を開ける前の状態です。
		基台にモーター以外の主要パーツを取り付けました。左端にある木ねじはモーターの位置を決めるための支えです。モーターの受け台には木ネジ4本とボンドを使用するつもりでしたが手頃な木ネジが工具箱になかったので釘とボンドで固定しました。釘を引き抜く方向には力が加わらないので横方向のずれ防止には十分でしょう。モーターに接する部分には滑り止めの薄いゴム板を貼ってあります。右端のホースベルトでモーター本体を固定します。このバンドが通る部分はトリマーで溝を掘ってあり面一になるようにしてあります。
		モーターを取り付けて完成したアッセンブリーです。基台は右端をカットすることでなんとか足に収まりそうです。ホースバンド一本だけで十分か不安もありましたがゴムローラーと車輪の位置の関係でホースバンドを支点に動いたとしても車輪に押し付ける方向か基台に押し付ける方向なのでがたつくことはありませんでした。 しかしモーターを回してみるとゴムローラーが若干偏芯しており、位置によってスリップしスムーズに回転しません。手で押し込んだくらいでは十分な圧がかからないので位置決め用のボルトを追加しました。ローラー軸が緩まないよう前進時にねじが締まる方向にするため前進時は右方向に動きます。またモーターの特性から左右対称ではなく両方とも同じものを作ります。 この部分にバッテリーも搭載する予定でしたがスペースがないのでバッテリーは胴体下部に収めることにしました。
		位置決め用のスクリューです。このような事態を想定していたので用意してあったステンレス製の丈夫なL金具を基台に取り付け、そこに5mmのボルトとナットを付けねじ込んでモーターを押し込み、適当な位置でダブルナットで固定しました。この仕組みでゴムローラーが車輪に十分な力で押しつけられスムーズに回転するようになりました。手で押さえてカーペットの上を走らせてみるとしっかり走行します。フローリングだと車輪がスリップするかもしれませんがその時は車輪を平らに削るかゴムシートを張り付けて対処する予定です。 しばらく試しているとモーターがホースバンドを支点にして若干外に逃げる傾向が出ました。圧が減ってスリップするほどではないのですが、経時変化で大きくなるのが心配なのでL金具か外板で外側から押さえるようにします。
		足の裏の板にモーター部分を取り付けるための下駄をはかせました。下駄はモーター部分には接着しますが、足の裏はメインテナンスを含めた作業性のためにボルトで固定してとりはずしできるようにします。下駄にはねじ込み型のナットを埋め込んであります。ここは重量で押し付けられる部分なのでズレを押さえるだけでよく強度は必要ありません。 左の金具は作業中にひびが入ってしまったため補強に入れたものです。
		足の裏側です、下駄を6mmのボルトで固定してあります。ボルトの頭が出ないようにさらってありますが、モーターが盛大にはみ出るので意味ありません。
		モーター部分を取り付けた状態で足の裏を見たところです。
		足の裏部分を横から見た図です。角度の関係でタイヤしか出ていないように見えますが、実際はモーターとギヤが大きくはみ出しており、ロードクリアランスは1cmしかなく、不整地は走行不可です。平坦地でも問題が出るようなら一番の突起物のギアボックスのフリンジを削り落としてもう1cmぐらいかせぎます。

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頭部の駆動部

頭部の駆動はレール/戸車方式に決定したので下のように製作しました。

			胴体の上部をふさぐ板です。外周に真鍮のレールを丸く曲げて取り付けてあります。このレールの上を戸車が走ります。真鍮レールの両端は念のため半田付けしてヤスリで仕上げて真円にしています。
			頭部ドームの底板です。周囲に3つの戸車があり、これが上図のレールを走ります。仮組してみても問題無くスムーズに動きます。ドームを固定する方法はネジが表面に出るような見苦しい方法は取りたくないので現在検討中です。レールの上に置いただけではドームが落下して壊れるおそれがあるので下に留め具を取り付ける予定です。 細長い穴は駆動用モーターを収める部分で、さらに配線を通したり胴体内部に手を入れて作業出来るように両側に穴を開ける予定です。
			モーターはU型のパイプ固定用の金具二つで取り付けました。
			後ろの方の小さな金具とモーターの間に断熱用の発泡ポリウレタンチューブの切れ端を挟み込んでスプリングの替わりにしてドライブシャフトが戸車に押しつけられるようにしました。
			駆動用のローラーは水栓用のクレッブを使用しています。駆動用モーターはドリル・ドライバーを廃物利用しているのでチャックにくわえさせて簡単に固定できました。クレッブはゴム製なので戸車に動力を伝えることができますが、断面が角形で戸車の丸溝にフィットしません。ヤスリで角を落としましたが、まだ一部でしか接していません。しかしこの状態でも試してみると接触面積が小さいにもかかわらず動力伝達は十分に行われ戸車は力強回転しました。
			ところがレールの上に載せてみるとドームのベースが全く回転しません。真鍮のレールとポリエチレンの戸車がスリップしてしまう予想外の事態です。摩擦力を増すために薄いゴムシートを細く切り、戸車の周囲に合成ゴム系の接着剤で貼り付けてみました。 この対策で回転するようになりましたが、耐久性に問題がありゴムシートが剥がれるおそれがあります。ゴム製の戸車があれば良いのですがホームセンターでは見つかりませんでした。 ゴムチューブも見つからなかったので熱収縮チューブを戸車の周囲にかぶせてみましたが、十分な摩擦力は得られずスリップは止まりません。
			やはりゴム製の戸車で根本的に改善することにしました。 足の駆動部に使用したゴム棒を筒切りにして戸車に入れ替えたのですが、周囲が平面のため接触面積が狭くスリップします。そこでゴム製戸車の周囲をカッターで切り込み荒い布やすりで成形してプラスチック製と同様に溝を彫りこんでみたところ、一方向にはうまく回るようになりましたが、逆方向ではやはりスリップしてしまいます。クレッブの位置を調整して改善はされましたが、自重だけでは十分な摩擦が得られないようなので裏からスプリングで圧を加えたほうがよさそうです。 難物だと思った足の駆動はうまくいったのに、簡単だと思った頭部の駆動で苦労しています。
			ドリル・ドライバーは7.2V の電池で動いていたものをとりあえずバッテリーの12V で駆動していたため回転が上がりすぎてあたりがつけにくかったので、レギュレータを入れました。秋月で販売しているスイッチングレギュレータユニットのキットが最大5A 流せて余裕があるので購入しました。4V 程度まで下げられるので調整範囲も十分です。バッテリーの極性を間違えて接続してパチッと音がして白い煙が出ましたが、パターンが焼切れただけなので復活できました。
			いろいろ試してみると、戸車を駆動せずにクレッブを直接板に接触させると騒音も少なくしかも高速、確実に回転できるようです。しかし置いただけでは十分な摩擦力が得られないので下にも車輪をつけてスプリングで圧力をかけるようにしました。基台の上にバッテリーを置いても効果がありましたが、重心が上に移動してしまうので避けました。また頭部の脱落を防ぐためほかに二か所、戸車の近くに可動式のアームを取り付けて抜け止めとしました。これらを取り付けても頭部取り付け、取り外しを容易にするためにアームは回転式にスイングして内部の穴に収容してロックを解除できるようにしました。駆動部のタイヤはスプリングで圧をかけますが、その軸となっているボルトを上から押さえてスプリングをさらに圧縮してタイヤを浮かせて抜きやすくします。
			脱落防止用のタイヤは基台に5mmφのボルトを立てて軸にしました。がたつきを減らすために6mmφの銅パイプに銅ワッシャを半田付けしたものを木のアームに埋め込んでいます。さらに上端にもワッシャを半田付けして、細い糸巻きのような形にしました。パイプを通したボルトにダブルナットをかませて抜け止めにしています。 基台には1/4円状にスリットを開け、ここを通して6mmφのボルトをアームに取り付け、移動と固定を行っています。このスリットはガイドを作らずにフリーハンドで開けたのでガタガタで、夏休みの工作以下の仕上がりになりました。この大きな隙間にボルトのヘッドが落ち込んでしまうので大きなワッシャでごまかしていますが、薄板にスリットを開け直してカバーするかもしれません。
			タイヤはタミヤのミニ四駆用の物を使用しました。六角のシャフトで取り付けるようになっているので3mmφのドリルでさらって、3mmφの長軸のビスをシャフトにし、ハブの両端にはワッシャを入れ、ダブルナットで固定しました。ねじ込む側はコンクリートなどに木ねじを固定するためのプラスチックプラグを穴に打ち込みました。 脱落防止が目的なのでタイヤは基台に接しないぎりぎりの高さにして余計な負荷にならないようにしています。

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