OCPC - Fab Delta Kit ver1.5 ['15 sum~win]

Created Date: 2015-12-04/ updated date: 2018-03-13
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    Summary
    [English translation is only available on ver.2, see http://fabble.cc/gakuhirota/ocpc-2-en]
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    OCPC Delta Kit ver.1.5 の組み立て方です。
    このページは2016年1月24日時点の状態でver.1.5として固定され、
    以降の更新はFork先である http://fabble.cc/gakuhirota/ocpc-2 にて行います。
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    OCPCはOne CNC Per Childの略で、
    100ドル以内でつくることのできる3D工作機械の原型となることを目指しています。
    (企画) 慶應義塾大学 田中浩也研究室
    (原案) 増田恒夫 田中浩也
    (設計) 廣多岳 / (試作協力) 若杉亮介 望月美憂

    Materials

      Tools

        Blueprints

          Making

          • 必要なもの 3 - 工具類

            0
            プラスドライバー No.1~No.2
            小さめのラジオペンチ 2本
            木工用ボンド

            [あるとよいもの]
            ボンドの余りを拭く紙
            圧着用のクランプ
            • 1. レーザーカット

              0
              まずはMDFをレーザーカッターで切ります。
              ocpc_lasercut_20151216.ai
              青線にしてある外縁部は切らなくても組み立てられますが、
              切るとA3*2枚になり、
              封筒などに入れて持ち運びがしやすくなります。
              スケールがおかしい場合は、
              A3の寸法を基準に拡大縮小してください。
              (右の写真は上のデータと細部が異なります。)

              ラスター部分は皿ネジを埋めるための
              彫刻(≒切削)として設定しています。
              ややイレギュラーな使い方ですが、
              2mm程度削れるパラメーターを見つけてください。

              Small 2015 09 30 23.19.42
              • 2. 接着

                0
                接着が必要なパーツは乾くのに時間がかかるので、
                先にすませてしまいます。

                なお、
                これ以降の説明では、MDFパーツを番号で表記します。
                パーツ番号対応図を確かめながら作業を進めてください。
                Small delta eri numbers
                • 2-0. 作業をする前に注意

                  0
                  どちらのパーツも、接着した各パーツにある穴が
                  そのままパラレルリンクの機構の軸となるので、
                  曲がっていると動きに支障をきたしてしまいます。
                  一見簡単な工程ですが、丁寧に行いましょう

                  ボンドをつけすぎてネジ穴にまで到達してしまうと、
                  やはり動きに支障をきたします。
                  どのパーツも結果的にあとからネジなどで補強されるので、
                  ボンドは少なめにつけるのがおすすめです。

                  軽く接着できたら、机などに側面を押しつけて、
                  可能な限りまっすぐに接着されるように修正します。
                  後の工程で使うM3のネジを穴に差し込むと、
                  確実にまっすぐにできるほか、
                  ナットと組み合わせて圧着することも可能です。
                • 2-1. 腕パーツ

                  0
                  腕のパーツ[1][2]を木工用ボンドで糊づけします。
                  溝やくぼみがある[1]1枚と表面に何もない[2]3枚の
                  合わせて4枚を1組として3組に分け、
                  [1]のラスター彫刻がある面が表出するように接着します。

                  裏返しに接着してしまうと取り返しがつかないので、
                  注意してください。
                  • Small 2015 11 18 22.02.17
                  • Small 2016 01 04 21.51.05
                • 2-2 天板とのアダプター部品

                  0
                  天板[5]とパラレルリンクを接続する部品を接着します。

                  こちらは突起がない[3]2枚とあるもの[4]2枚の
                  合計4枚を1組として、やはり3組に分けます。
                  突起のある[4]・ない[3]・ない[3]・ある[4]の順に、
                  順番を間違えないよう、重ねて接着してください。
                  Small 2016 01 04 21.52.47
              • 3. 筐体の下半分を組む

                0
                カットしたMDFを中心に、まずは下から筐体を組んでいきます。
                • 3-1. 台

                  0
                  [7]と[8]を十字に組み合わせます。
                  ややきついかもしれませんが、
                  材を割らないように注意しながら、
                  しっかり奥まではめこんでください。

                  そして、[9]にその十字をはめこむと、
                  十字が全体の台となります。
                  [9]の表裏に注意してください。

                  接合がゆるい場合などは、
                  ボンドをつけて軽く接着しても構いません。
                  • Small 2016 01 04 22.02.27
                  • Small 2016 01 04 22.03.25
                • 3-2. 電子部品の配置 1

                  0
                  サーボモーター以外の電子部品を、
                  [9]に取りつけていきます。

                  Arduino Unoと電池ケースは、
                  [9]にあいている穴に、M3 15mmの皿ネジで止めます。
                  対になった穴が2組ありますが、
                  正しい部品にしかピッチが合わないようになっています。
                  写真のような向きに取りつけて、
                  裏からM3ナットで固定してください。

                  電池ケースのネジはなるべくきつく締めないと、
                  電池が入りません。
                  逆に、
                  Arduinoはきつく締めるとArduinoが浮いてしまうので、
                  極力ゆるめに締めるようにしてください。
                  Small 2016 01 04 22.09.52
                • 3-3. 電子部品の配置 2

                  0
                  続いて、9V電池とブレッドボードを配置します。

                  電池は、電池ケースに嵌めこんでください。
                  カチッとしっかり噛み合う仕組みなので、
                  手応えがない場合は極性があっているか確認してください。
                  (極性が間違ったまま進めると、大変危険です。)

                  ブレッドボードは、裏面のフィルムを剥がして、
                  [9]の表面の使いやすそうな場所に貼ってください。
                  貼り直しがあまり効かないので慎重に。
                  Small 2016 01 04 22.10.18
                • 3-4 縦の板

                  0
                  [10]と[11]を、それぞれ[9]に嵌めこみます。

                  [10]は丸い穴のある方が上にくるように嵌めます。

                  また、[10]を[9]に嵌めこむ穴の縁が薄いので、
                  力をこめすぎて割ったりしないように気をつけてください。
                  Small 2016 01 04 22.10.46
                • 3-5. サーボモーターと上板

                  0
                  サーボモーターを[9]の穴に合わせて置きます。
                  3-4までで組んだものとサーボモーターの上部の突起が
                  穴が対応するように[12]をかぶせ、
                  サーボモーターのケーブルを穴に通します。

                  ケーブルを通したら、
                  上に出ているすべての突起を[12]に嵌めこんでください。
                  一度にすべてを嵌めるのはほぼ不可能なので、
                  板をややたわませながら、
                  順番に嵌めていくことをおすすめします。

                  最後に、M6 60mmの皿ネジを上の穴から通し、
                  下から同じくM6のナットをあてがって、
                  上下に開いてしまわないように仮留めします。
                  • Small 2016 01 04 22.18.02
                  • Small 2016 01 04 22.17.34
                • 3-6. 配線

                  0
                  箱状になった本体の中の電子部品を配線していきます。
                  この配線図のように配線してください。
                  なお、今回使っているMG995(サーボモーター)は
                  茶色の線がGND(配線図の黒端子)
                  赤色の線がVCC(配線図の赤端子)
                  橙色の線が信号線(配線図の黄端子)になっています。

                  電子回路の配線は人間の脳内の神経回路のようなものです。

                  神経回路が壊れると人間が壊れてしまうように、
                  配線を間違えると部品が一発で壊れてしまいます。
                  なるべく慎重に、ていねいに行いましょう。

                  Small           2015 12 17 11.19.28
                • 3-7. サーボモーターの原点出し

                  0
                  このファイルを自分のパソコンに
                  ダウンロード・解凍してください。
                  OCPC_dlpArduino.zip

                  Arduinoに挿したUSBケーブルを自分のパソコンに挿し、
                  ArduinoIDEを起動して、servo_zero.inoを書き込みます。
                  その時、
                  サーボモーターが3つともギュルっと回れば成功ですが、
                  1つでも回らなかった場合はミスがある可能性が高いので、
                  配線を再度見なおしてください。
                  (回るのは一瞬だけなので、注意深く観察してください。)

                  無事に成功したら、reset.inoを書き込んでおきましょう。

                  Small           2015 12 17 12.13.17
              • 5. 筐体の駆動部分を組む

                0
                下の本体以外の、動きまわる部分を組んでいきます。
                • 5-1. 腕にサーボホーンをつける 1

                  0
                  MG995(サーボモーター)の付属品の小袋の中から、
                  黒い片方向だけに伸びたサーボホーンを取り出します。
                  これを、2-1でつくった腕パーツと合体していきます。

                  まず、サーボホーンのギアが切られている側を上にして、
                  腕のラスター面の上に、穴と向きを合わせて置きます。
                  それから、M3 45mm なべネジを通し、
                  反対側からナットで仮留めします。

                  この仮留めも冒頭の接着同様、
                  完成したときの駆動に大きく影響する部分なので、
                  なるべく正確に穴が通るよう、心がけてください。

                  • Small 2016 01 04 22.28.05
                  • Small 2016 01 04 22.31.17
                • 5-2. 腕にサーボホーンをつける 2

                  0
                  腕にあいている四角い穴と
                  サーボホーンの小さい穴の向きを合わせて、
                  小さい穴のうち1つにM2.1 13mm 木ネジをねじこみます。
                  穴よりネジの方が太いのですが、
                  ねじこむとネジが周囲を削りながら進んでいくので、
                  サーボホーンと腕が密着するまでネジを回し続けてください。

                  同様に3つの腕/サーボホーンを組み立ててください。
                  • Small 2016 01 04 22.40.54
                  • Small 2016 01 04 22.32.08
                • 5-3. ロッドを組む 1

                  0
                  M4 285mm 寸切り1本と#5525ロッドエンド2個を用意し、
                  それぞれのロッドエンドの穴にM3のネジを軽く通します。

                  寸切りの両端にロッドエンドをまっすぐあてがい、
                  両端をねじってロッドエンドを寸切りに嵌めていきます。
                  なるべく深くまで嵌めこむと、完成した時に安定します。

                  これを6セット作ります。
                  Small 2016 01 05 15.10.23
                • 5-4. ロッドを組む 2

                  0
                  ロッドの微調整をします。

                  すべてのロッドエンドの向きが平行になるように、
                  またすべてのロッドの長さが同じになるように、
                  それぞれのロッドエンドをねじって調整します。
                  これを怠ると正しく動作しないので、
                  なるべく精密に揃えてください。


                  調整が終わったら、
                  ロッドエンドに差していたネジを外します。
                  Small 2016 01 05 15.25.36
                • 5-5. サーボモーターに腕をつける 1

                  0
                  サーボモーターに、腕を嵌めこみます。

                  サーボホーンに刻まれているギアが、
                  そのままサーボモーターに嵌まるようになっているので、
                  なるべく低い角度に、かつ3つとも同じ角度になるように、
                  腕をサーボモーターの奥まで嵌めこみます。
                  Small 2016 01 05 16.06.28
                • 5-6. サーボモーターに腕をつける 2

                  0
                  腕に軸を通していきます。

                  先ほど腕をサーボモーターと組んだ反対側から
                  [10]の穴を通じて、
                  M3 45mm なべネジをねじこんでいきます。
                  この時、
                  きつく締めすぎるとサーボモーターが壊れてしまうので、
                  ドライバーを使わずに手で締めることと、
                  [10]の板の面から5mmくらい余裕を残して留めることを
                  心がけてください。
                  • Small 2016 01 05 16.13.29
                  • Small 2016 01 05 16.11.30
                • 5-7. 天板にジョイントをつける

                  0
                  2-3で作ったパーツを[6]に取りつけます。

                  [6]の穴に、
                  2-3で作ったパーツの穴をそれぞれ下面側から合わせて
                  M3 15mm 皿ネジを[6]の上面側から差し、
                  M3 ナットで固定します。

                  ラスター彫刻の部分に
                  皿ネジの頭が埋まっていることを確認してください。
                  Small 2016 01 05 16.13.50
                • 5-8. ロッドをつける 1

                  0
                  4-6でサーボモーターにとりつけたアームの両側に、
                  4-4で作ったロッドを取りつけます。

                  M3 45mm なべネジとM3 ナットを使って、
                  それぞれのアームにロッドを2本ずつ、
                  写真のように取りつけていきます。
                  なべネジ1本あたり4つナットを使うことになります。

                  端に2つナットが使われているのにも、
                  ちゃんと理由があります。
                  Small 2015 12 17 13.30.49
                • 5-9. ロッドをつける 2

                  0
                  4-8と同様に、
                  4-7で天板につけたジョイントにも、
                  ロッドを取りつけます。
                  Small 2015 12 01 19.32.41
              • 6. 完成

                0
                ひとまず完成です。お疲れさまでした。

                電池がすぐに切れてしまわないよう、
                動かさないときは電池を電池ボックスから外すか、
                電池ボックス周辺の配線の一部をはずすなど、
                工夫しましょう。
                (今のところOCPCには『電源スイッチ』がついていません)

                配線を抜いておく場合は、
                露出している他の線などに線が触れて
                ショートしてしまう危険を避けるため、
                ブレッドボード上で全く使っていない列の穴、
                回路に関係のない穴に差しておくのがおすすめです。
                Small 2015 09 30 23.44.13
                • [注意] 本当に完成してる?

                  0
                  見た目にできあがっていても、
                  つっかえながら動いていたり、
                  サーボモーターの動きが筐体にぶつかっていたりなど、
                  少し動きが悪いことがあります。
                  そういった場合には、決してそのまま放置しないでください。

                  そうした現象には必ず原因があります。
                  (そして、想定されるトラブルの多くは、
                  該当する各工程や、すぐ下の7-1に注意書きとして書いてあります。)
                  トラブルを抱えた状態のまま動かし続けると、
                  サーボモーターやArduinoを壊してしまうことも少なくありません。
                  きちんと原因を究明しましょう。
              • 7. 動作確認

                0
                動かしてみましょう。
                • 7-1. 上下に動かしてみる

                  0
                  deltaTest_dlp.zipからdeltaTest_dlp.inoを開き、
                  Arduinoに書き込んで動かしてみましょう。
                  まっすぐ上下に動けば成功です。

                  deltaTest_homeAll.inoを書き込むと、
                  サーボに負荷をかけずに元の位置に戻せます。

                  • サーボの動きはじめ/終わりのタイミングが違う
                  →サーボが原因の可能性が高いです。
                  腕/サーボホーンを外して、4-7をやり直してください。
                  • 斜めに動いている/天板が傾いている
                  →ロッドが原因の可能性が高いです。
                  5-3, 5-4の注意点を守っているか確認してください。
                  • 動きながら天板がガタガタする
                  →ネジが原因の可能性が高いです。
                  きつく締め直してください。
                • 7-2. 3つのサーボを独立に動かしてみる

                  0
                  このプログラムをArduinoIDEから直接書き込んで、
                  3つのサーボモーターを同時ではなく「それぞれ独立に」動かしてみます。

                  deltaTest2_dlp

                  3つのサーボが等価に動くかどうかを確認しましょう。
                  また、台座の動く最大範囲を把握しましょう。
                • 7-3. ArduinoとProcessingを通信し、マウスで動かしてみる 1

                  0
                  ArduinoのソースコードとProcessingのソースコードが入っています。


                  Control P5 Libraryの入ったProcessing2.2.1と、Arduinoが必要です。
                  (通常はProcessingのソフト内からインストールできます。)

                  Arduino側にソフトウェアを書きこんだあと、
                  PC上でProcessingを実行してマウスで操作します。

                • 7-4. ArduinoとProcessingを通信し、マウスで動かしてみる 2

                  0
                  Processingを実行すると右のような画面が立ち上がります。
                  最初は"SERVO POWER OFF"になってしますので、
                  [ENABLE]ボタンを押してPOWER ONにします。
                  ここでサーボモータが反応するはずです。

                  ※作動しない場合は、
                  myPort = new Serial(this, Serial.list()[X], 9600)
                  という行の[X]部分の数字を
                  0,1,2...と順番に変えてみてください。

                  [RECORD]ボタンを押すと
                  動作を記録するモードに入ります。(制限時間あり)
                  [PLAY]ボタンを押すと記録された動作を反復再生します。
                  また、[RECORD]は何度でもやり直すことができます。
                  Small high2
                • 7-5. 録画再生をつかわず自分でプログラミングをする

                  0
                  Processingの知識が多少あれば、自分でOCPCを動かすことができます。

                  void draw(){}の中で
                  xp=15; yp=15; zp=-40; 
                  と指定すると座標が設定され、
                  setThetasfromXYZ();
                  を実行すると機械にその座標値が送信、
                  updateGuiElements();  
                  を実行すると座標値が画面上に反映されます。

                  xyzが機械の範囲外になると動かず反映もされないので、
                  まずはマウスで可動範囲を調べてください。
                  (なおzは±が逆になっています)

              • 4 接着のつづき

                0
                Thumb 2015 03 10 16.50.52
                この頃には2-2で作ったものが乾いていると思います。
                乾いていることを確認したら、
                [5]の穴の間、中央部分に軽くボンドを塗り、
                [5]の穴にに2-2で作ったものを差し込んで固定します。

                乾く前に差し込むと、
                穴のきつさに負けて[3]や[4]がはがれてしまうので
                必ず乾いてから行いましょう。
                Add Card Order

                References

                  Usages

                  • "デザイン言語実践" 各班最終成果

                    Thumb 2015 03 10 16.50.52
                    大学の講義にて、ものづくり初学者の大学1-2年生80名を対象に、班に分かれて実際に本キットを組み立て→ハックしてもらうワークショップを行いました。

                    時間が限られていたため生徒のフォローが追いつかず、実装が間に合っていない、動画のつくりが粗いなど至らない点が多々ありますが、ご覧の際はそこまで含めてお楽しみいただければと思います。
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