予定している機構の動作確認及び試運転。
往復ガイド及びマニピュレータを使用。
・自作往復スライダクランク機構（PLA製）
動力：DCモーターJS-50
・電源：安定化電源（１２V）
負荷Pを接続し、DC12Vを印加した。
マニピュレータの重さが足りず、往復に合わせてマニピュレータ土台が動いてしまって動かない。
マニピュレータを抑えると、今度は換装部が外れる。
往復は一歩ずつ進んでいるが、改良すると次に弱いところが動かなくなる。
マニピュレータの固定方法検討。
換装部固定方法の変更検討。
デバイスへのスイッチ搭載。
写真取れなかった＆時間ないのでメモ用
私のような、義務教育に毛が生えた程度の知識で、DIYに挑戦すると、まず間違いなく躓くと思う。
現在、DCモーターを用いたストロークデバイスの開発を進めているが、負荷がかかるとうまく動作しないという問題に直面していた。
DCモーターを動かすために、
DC-DCコンバータでは力不足だと感じ、安定化電源を購入した。
正直、高いと思って手を出していなかったが、「これで安定して実験できる」
そう思って、少しワクワクしながら電源を入れた。
ところが、
電圧を合わせてもモーターは思うように動かず、
見慣れない CC のランプが点灯する。
CVやCCは、電圧や電流を自動で保ってくれる機能ということはわかっていたし、これを目当てに購入した。
しかし、説明書を読んでもいまいちわからない。
正直に言うと、
初心者が普通に買って、普通に使える機械ではなかった。
購入した安定化電源はこちら。
開封し、電源を入れて電圧を12Vに設定。出力をONにすると勝手にCVのランプが点灯。
CCとCVって設定してないけど…意味わからん…
CC(Constant Current)とCV(Constant Voltage)。つまり定電流、定電圧モード。
これだけ知っていたので、モードを起動前に切り替えて使うと思っていた。
説明書を見ても、ごく簡単にしか書いていない。
よくわからないまま助手(ChatGPT)に聞いたら、これらの表示は、電源の状態として表示されるだけのものだったようだ。
電流の上限値を設定するにはプラスとマイナスのプローブを接触させて、つまりショートさせて行うらしい。
え、ショートって、電池のプラスからマイナスに直接繋ぐあれ？火事になるから絶対やめろって子供の頃から言われてたのに、それをしろって言われて、不安になった。
でも実際には、火事にならずに、設定できた。
CC、CVはモードだと思うと迷子になる。
知ってる人からしたらなんてことないが、初心者では混乱する。
しかも、ショートさせるなんて説明書では知っているものとして書かれていないのだろう。
コンバータと安定化電源の細かい挙動の違いなどは、今後機会があればまとめていきたい。
DCモーターを12Vで回していたところ、
負荷をかけると回転が不安定になり、電圧表示が7V付近まで落ちる現象が起きた。
「電圧は圧力（電流を流そうとする力）なんだから、一定のはず。なのになんで負荷をかけるとおおもとの電圧が下がるんだろう」
そう思って調べていくと、考え方そのものがズレていたことに気づいた。
今回は、
DCモーターに負荷をかけるとなぜ電圧が下がるのか
自分なりに調べた内容をまとめておく。
かなり初歩的な内容なのでご容赦。
無負荷状態
DC12V → 問題なく回転
負荷をかける
回転がとぎれとぎれになる
電源の表示電圧が約7Vをうろうろ
結果として、モーターは安定して回らなかった。
この結果が腑に落ちなかった。
負荷をかける→モーターが止まるのは理解できるが、電圧はポンプの出力と考えると、回路の端でモーターが止まるという現象が、出力に影響するのがいまいち理解できなかった。
DCモーターについて調べてみると、こちらのサイトが非常にわかりやすかった。
細かい前提は上記サイトに書いてあるが、DCモーターの特性は、上記のようなグラフになる。
これは、回転数が下がると、発電量（逆起電力）が減ることから、多くの電流をモーターが要求することに起因している。
つまり、負荷トルクがゼロの場合（左）、回転数は最大になり、電流も最小になる。
逆に負荷トルクが上がると（右）、回転数が下がり、電流が上がる。
この負荷が上がり、電流が上がるというのが実験で生じていた現象であろう。
ではここで、なぜ電圧が下がったのだろう。
使用したコンバータは、定格が3Wである。
Ｐ＝Ｖ×Ｉ
であるので、電流Ｉが上がると、発熱を伴い破損する可能性があるため、電源側が電圧を下げることで電流を減らそうとしている。
この結果、電源の電圧は下がってしまったということになる。
これまでは、
止まっちゃう＝高トルクが必要＝じゃあもっと強いモーターにしよう
という思考の流れだったが、電源側の弱さが今回は出てしまっているということだろうか。
つまり、モーターより先に、電源の扱える電力を上げれば、今回のモーターも動かすことができるということだろうか。
例えば、今使っているＰＣのＡＣアダプタは、家庭用コンセントの入力に対し、出力はＤＣ19V 3.42A ６５Ｗである。
だが、電流と電圧の関係は、抵抗によって変わるはずなのに、アダプタにすでに電流と電圧がこのように書かれているということは、ここまではかけられるという能力であろう。
よって、電源を上げると、今度は過電流が流れてしまい、モーター側が壊れてしまうことが予想される。
どちらにせよ、今使っている定格3Wの電源では、弱すぎるという結論だろう。
しかし、弱すぎるおかげで、モーターを壊すことや発火しなかったも言える。
理屈ではわかったが、完璧に腑に落ちない感じがする。
小学校理科の知識が正直基準のため、電圧と電流、電力の理解が多分ゆがんでいるのだろう。
ちょっとした認識のずれが、近寄りにくさを感じていると思うが、今日は疲れたのでここまで。
予定している機構の動作確認及び試運転。
・自作往復スライダクランク機構（PLA製）
動力：DCモーターJS-50
・電源：DC12V↓
ケースに入れず、無負荷状態でDC12Vを印加。問題なく動作している。
ケースを付けた様子。
緑色のケースと、黄色のベースプレートを比較すると、PLA特有の反りがひどい。
ケースを固定しても動作するが、反りを抑え込むことで可動部を圧迫しており、負荷が上がってしまっていると思う。
負荷Pを接続し、DC12Vを印加した。
動くが、負荷に耐えきれず、とぎれとぎれな動作になった。
インバータの出力表示を見ると、7Vほどをうろうろしており、負荷に耐えきれていないことが分かった。
前回の10倍ほどのトルクを用意したが、安定感にかける結果となった。
実使用にあたっては、今回の負荷に加え、様々な条件が負荷に加わることになるので、余裕をもって動作してもらいたい。
全ての固定が剛接合なので、動きを吸収する防振機構も必要と感じた。
クリアランスを考慮したケーシングの再設計。及び減速、防振機構の導入。
1歩進んで2歩下がるという感じ。
やっと完成してもやり直しになる。。。
あと、12VのクリップをDCモーターにつなぐときに、火花が飛んでた。大丈夫なんかこれ。
CHANCS製DCモーター「JS50」の動作確認。
前回のタミヤ製DCモーター動作実験では、クランクが動作しなかった。タミヤ製DCモーターのトルクは410[gfcm]、設計したクランクのストロークは5cmであるため、有効な力は80gfである。
これに加えて、自作クランクケースの損失もあることを考えると、トルク不足であると考えた。
また、使用用途から、高速モーターを用いるのではなく、はじめから低速モーターを選定してよいと考えたので、今回の低速高トルクDCモーターを購入してみた。
DCモーター JS50
＜仕様＞
DC 12V 150RPM トルク 4[kgcm]
無負荷状態で、DC12Vを印加。
回った。しかもとても静か。（動画は3Dプリンタのファンの音が入っているが、モーターの音は耳を澄ませないと聞こえない程度）
クランクケースを改良し、JS50を搭載して動作試験を行う。
ブラシ付きDCモーターで、使用感もよく使いやすい。
本体と軸にも穴が開いているので、DIYしやすく良いと思う。
心拍センサーを用いて心拍数をモニタリングする。それにあたり、心拍センサーの回路図を確認、挙動について理解する。
ハートのいかにも心臓の鼓動を検知しそうな感じ。中央にはLED？がある。3本の端子が出ている。
裏はこんな感じ。さっぱりわからない。
回路図はこちら。
当方、回路図に関する知識がほとんどないため、このレベルですら全然わからない。。。
わかる人にとっては退屈な内容となるのでご容赦ください。
当研究所の秀才助手(ChatGPT)に助けてもらいながら、素人ながら整理してみる。
2.2μFのコンデンサ。
電源の揺れを抑えるためのコンデンサで、センサーが拾う微弱な電流を安定させる役割がある。
LED、光るやつ。
ここのLEDは、
LEDが皮膚（指とか）を照らす
血管の中の血液量が ドクン（多い） スカスカ（少ない） で変わる
血液は光を吸収する性質がある
反射して戻ってくる光が周期的に変わる
それを受光素子が拾う
っていう流れのセンサーとしての役割。
D1:ダイオードの1個目(通し番号)
KB:Knob(ノブ)調整つまみ。設計者の調整ポイントってメモ書き。
SM:センサーモジュール。センサー部分ですって意味。
RevMnt:Reverse Mount（逆向き実装）LEDを逆向きにつけるから気をつけろよって意味。
電流を制限して、LED（D1）への過電流を防止している。
ノイズを減らす役割もある。
これは光センサー。この回路における、メインの役割部分。
Vcc:電源のプラス側
GND:電源のマイナス側、電圧の基準点。
OUT:センサの出力。血液の反射光の揺らぎを、電圧として出力する。
Nc:No Connect（接続しない）
ダイオード。センサーへの電流の逆流を防いでいる。
ダイオード（英: diode）は整流作用（電流を一定方向にしか流さない作用）を持つ電子素子である。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89
これらは、ローパスフィルタとして機能していたり、ノイズ除去や安定化を行っている部分らしいけど、細かくは理解できず。
ひとまず、U1のOUT（出力）から、オペアンプに入る前に調整しているイメージを持った。
センサーで受け取った微弱な信号を、増幅する装置。
Vin＋：センサー信号の入力。基準にする電圧。（非反転入力）
Vin－：センサー信号の比較対象（反転入力）
Vout:比較結果の出力。心拍データが出てくる。
Vdd:電源＋。OPAMPの電源。
Vss:GND。電源のマイナス側。基準のゼロV
↓参考
https://www.ablic.com/jp/semicon/products/analog/opamp/intro/回路全体の入り口と出口。
＋V：電源＋
OUT：信号の出口。Arduinoなどに接続する。
GND：電源－
ひとつひとつひも解いていくと、理解できた気がする。
センサー部で検出した血液の揺らぎを、回路内で増幅し、出力している。
回路図は、何も知らない状態ではしり込みしてしまうが、知ってしまえばなんてことないことが書いてある。
個人レベルのDIYでの電源供給のため、DCDCコンバータ「V1187」を購入し、動作確認を行った。
・iPhone用USB電源タップ
１００Vコンセントから、iPhone用アダプタ（白色）でDC5Vを取り出し、コンバータを接続。
画面表示と、モーターが回転することを確認した。
安定化電源などは高価かつ場所をとるため、個人レベルのDIYではこのコンバータで十分すぎると思う。
つまみを回せば1.5Vから24Vまで調整可能。
画面表示横のボタンでON/OFFの切り替えもでき、機能は十分であった。
CADを用いて専用ケースを設計した。
表面の表示を色分けして出力したかったのだが、スライサーソフトであるBambuStudioに読み込むと、オブジェクトの1層目が空とのエラーが出て、うまくできない。
原因の解明には至らず、継続確認必要。
文字印字面は、くぼませてひとまず作成。
きれいにできた。十分満足。
安価かつ使いやすいコンバータ。これから多用していく。
DCモーターの制御に使用しようと思っているが、少し動かすぐらいならPWM制御ではなく、こちらの電源を回せば十分かもしれない。
波形が出ていかにもな画面を表示するマッドサイエンティスト必携アイテム。
でも普通、数万円するオシロスコープはおもちゃには高すぎる。
しかし、アマゾンで格安のオシロスコープ（DSO１３８）を購入したので、動作確認をしていく。
基盤剥き出しの感じが逆にかっこいい。組み立て済みで安心。
本体とプローブはついているが、右上の電源ケーブルはついていないので、別途用意した。DC９Vの変換ケーブル。
赤のクリップ部分がテスト波形が出ており、そこにつなぐことで1kHzの波形が表示された。
詳しい説明は、倹約DIY様のYouTubeを見ながら操作。
基盤剥き出しは心もとないので、ケースを３Dプリンタで製作。
Makerworldに先人が作ったケースがあったので、そちらを拝借した。
ケースで保護しつつ、基盤の様子も見えたほうがかっこいいので、管理上よいので、半透明PLAを使用した。
３DプリンタはBambuLabA1を使用しているが、AMSは所持していないので、本来多色印刷不可である。
しかし、今回のような表面の文字だけ色を変えるようなことは手動で対応可能。やり方は別途まとめておきたい。
裏面に、M3×20タッピングねじで固定。
アセンブリガイドもあったが、英語だったので自力で組み立てた。
ケースに入れると一気に愛着がわく。
半透明PLAだが、思ったより中身が見えない。
もっと薄くしないと中身までは見えないようだ。
格安で手に入れたオシロスコープ。開発に活躍してもらいたい。
今のところ、使用用途は思いつかないが。
予定している機構の動作確認
最大トルクの410[gfcm]で使用
・試作の往復スライダクランク機構（３Dプリンタで自作、PLA製）
定格3Vを印加し、クランクが動作するかを確認。
動かない。
無負荷状態ではモーターは動作するが、組付けると回転しない。
クランクを３Dプリンタで作成しているため、ベースプレートがPLA特有の反りがあり、それで摩擦が生じ負荷が多くなっていると予想。
無負荷時に指で抑えても止まらないくらいのトルクはあるので、トルクは十分と予想している。
ベースプレートの再プリント。
ブリムを設けてプリント後の反りを抑えてみる。
場合によってはベースプレートを用いない方法も検討する。
トライ＆エラーを繰り返せるのは３Dプリンタの良いところだなぁとしみじみ実感。
素人が計算や机上の空論で実践するのは限界がある。