みなさん，こんにちは
おかしょです．
二輪型倒立振子の設計をFusion 360で行ったので，その設計図を公開します．
この記事を読むと以下のようなことがわかる・できるようになります．
- 二輪型倒立振子の設計図
- 設計コンセプト
- 設計するときの注意点
この記事を読む前に
今回の記事では以下の記事で作成した二輪型倒立振子の改良になります．
なので，先に以下の記事を読んでおくことをおすすめします．
設計をやり直した原因
以前作った二輪型倒立振子はダンボールで作っていました．ダンボールは加工がしやすく，簡単に手に入り修理も簡単に行えるので倒立振子の材料として使用しました．
実際に作ってみると，段ボールはカッターで簡単に切れてグルーガンで接着すれば良いので簡単に作ることができました．
今回設計をやり直すきっかけとなったのは，倒立振子を落としてしまったことでした．
落としてしまったので，段ボールが折れ曲がってしまい修理をしなければならなくなりました．
先程，段ボールを使用すれば修理がしやすいと言いましたが，段ボールで作る場合はまず寸法通りにダンボールを切らなければなりません．これが思ったよりも面倒でした．
さらにダンボールは加工がしやすいのとともに，壊れやすいという欠点があります．
今後も開発していく中で，倒立振子を落としたり壁にぶつけたりして壊れてしまうことを考えると，時間の無駄になってしまう可能性があります．
このような理由から，3Dプリンターを使って倒立振子を作成するために設計をやり直すことにしました．
3Dプリンターで作る場合は設計データがあれば，勝手に倒立振子が出来上がります．
以前のダンボール製の倒立振子も設計データはあったのですが，我慢はできるけど不便なところがあったのでまとめて解決するために設計からやり直しました．
設計コンセプト
前回のミスを踏まえて，今回は以下のようなコンセプトの下に設計をしました．
プログラムの書き込みがしやすい
組み立てやすい
重心をモーターの上に
導線の通り道の確保
最初の基板の取り外しに関しては，私が持っているマイコンや電子部品は他のロボットにも使いまわそうと思っているので，取り外しが簡単に行えるようにします．前回の設計では導線が邪魔で電子部品の取り外しが非常にしにくかったので，今回の設計では取り外しがしやすいように設計します．
次のプログラムの書き込みは前回と同様です．Arduinoの書き込みプラグのところに穴をあけて，Arduinoをわざわざ取り外さなくてもプログラムの書き込みを行えるようにします．
次は組み立てです．
3Dプリンターで造形ができても組み立てがしにくくて，思って通りのものができなければ意味がありません．そこでそれぞれの部品が噛み合うように設計をします．
その次の重心はモーターの上にくるように設計します．前回の機体は電池を扉側に接地していたので，電池の方に重心が寄ってしまっていました．その場合は倒立振子の倒立状態を維持するのは難しくなってしまうので，重心を機体中央，モーターの上にくるようにします．
最後の導線については，前回のものが導線がかさばって扉が閉まりにくいなどの問題がありました．これは導線のことを考えずに設計してしまっていたことが原因でした．
そこで，導線も機体に固定できるように設計します．
二輪型倒立振子の3Dモデル
以上のようなコンセプトを反映させて設計すると以下のようになりました．
基板などの電子部品が取り外ししやすいように，引き出しのように部品を取り出せるようにしました．
引き出し型にしたので，傾くと部品が飛んで行ってしまうので，上からスライドしてかぶせるふたを取り付けます．
上の画像を見ると分かるように部品が噛み合うように，細かく分けました．組み立てには前回使用したグルーガンではなく瞬間接着剤を使う予定です．
導線がメンテナンスの際に邪魔になったりしないように，導線のガイドを設計しました．
また，機体の横に穴をあけてArduinoにプログラムの書き込みがしやすいようにしました．
全体的には以下のようになっています．
設計がやっとできました #倒立振子 #電子工作 #Fusion360 pic.twitter.com/eTREHxKIJD
— おかしょ (@okasho_engineer) September 20, 2020
まとめ
この記事では再設計した倒立振子の設計コンセプトや工夫した点などを解説しました．
二輪型倒立振子や他のロボットなどを作りたい方は参考にしてください．
3Dプリンターで出力が終わったら組み立てていきたいと思います．
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それでは最後まで読んでいただきありがとうございました．
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