ユニバーサル社会で役立つデザインや技術の研究
マスクで耳が痛いという妻から、髪留めにもなるマスクバンドを作るよう依頼がありました。花を散りばめたデザインを指定されたので、そのように設計して３Dプリントしました。
少しでも早くモデリングを済ませるため、YouMagineの花モデルを使わせて頂きました。
妻の頭のサイズに合わせて作ったバンドのモデルに、花を散りばめます。
完成したモデルを３Dプリントします。
使う素材はゴムみたいなTPUで、７色所持しています。
青で印刷。しかし、これは気に入らないよう。
黒で印刷。オシャレだけど気づきにくい。
結局、マスクの色と同じ白が良かったみたいです。
マスク不足で子供に合うサイズが手に入らない。マスクが大きすぎて、落ちてきてしまう。そんな時もマスクバンドが役立ちます。３Dプリンターでサイズ調整用のバンドを印刷しました。
前回作ったマスクバンドをベースに、子供の大きさに合わせて縮小して印刷します。
装飾は子供のリクエストに応じます。
長男はドクロを希望。
次男もドクロ。三男はウサギ、四男はトトロ。
バンド中央の穴に差し込んで取り付けます。
気分によって装飾を付け替えることも可能です。
マスクを付ける、ちょっとした楽しみに。
マスクのかけすぎで耳が痛いという妻に、マスクバンドを作りました。耳に負担がかからなくなります。３Dプリンターだと、個人ごとに頭部の形状に合わせてバンドを作ることができます。
針金で頭の形状をだいたい測り、だいたいでモデリングします。
簡単な形状なのですぐできます。
モデリングしたら、目立たない黒で３Dプリント開始。
フィラメントはTPU。ゴムのような素材を使いました。
「バンドに魚を付けたい。」という妻からの要望があり、魚も印刷しました。
黒くて見えにくいですが、バンド中央に穴が空いており、魚の飾りを差し込めるようになっています。
魚の飾りは、穴に差し込むと引っ掛かって、そう簡単には抜けません。落ちる心配はないでしょう。
マスクバンドを装着しました。
魚が隠れて見えない！
とりあえず、耳が痛くならないようで、機能としては良いようです。
３Dモデリングソフト「TINKERCAD」を長男（９歳）が使い始めて数日、機関車をモデリングできる程度に上達していました。本当にTINKER（いじくり回す）だけで、使えるソフトです。
TINKERCADを子供に紹介したのは正解でした。
親としては、コロナで学校にいかない子供の相手を長時間するのはキツイです。しかし学校がない分、ただ子供を遊ばせているのも好ましくないように思えます。
TINKERCADはすぐれたUIで、子供がいじくり回しながら３Dモデリングができるソフトです。個人差があるとは思いますが、うちの長男は没頭していました。
３Dモデリングではマウスを多用し、この過程でPCの基本操作も着実に身に付いてきます。
PC操作の勉強と、算数の立体の勉強を自主的にやってくれるので楽です。
長男のモデリングスキルが上がっています。
連結のジョイントや、炭水車（画像中央右）に石炭（画像右下）をセットできるように設計していました。
丸い形状のタンク車（画像左下）もあります。
完成した機関車のモデリングデータを印刷します。
ちょっと連結ジョイントがゆがんでしまいました（画像中央右）。これはフィラメントをケチって小さく印刷した私のミスです。ごめんなさい。
でも、それ以前に問題が。３Dプリント直前に、モデリングデータの穴を間違ってソリッド化したらしく、連結ジョイントと炭水車に穴が空いていない・・・。
また、印刷し直しましょう。
ともあれ、３Dプリンターがあれば、TINKERCADで作ったものが実際に手に入る。という分かりやすいモチベーションになります。
TINKERCAD×３Dプリンターは、子供がPCや技術に興味を持つ、強力な組み合わせだと感じました。
外出自粛で子供たちは家の中。そんな時は、おもちゃを３Dプリントして楽しみます。ただし、自分の欲しいものは、自分でモデリングして印刷してもらうことにしました。
３DモデリングデータサイトのThingiverseには、子供が喜ぶ、おもちゃのようなデータがたくさん並んでいます。
選んだデータをその場でダウンロードし、その場で印刷。
「戦車が欲しい」→ 戦車を印刷。
３Dプリンターが無限のおもちゃ箱に見えるでしょう。
当然ながら子供たちは、あれ欲しい、これ欲しいと訴えます。
・・・しまった、大変なことになってきた。
親の都合でルールを作りました。
「自分が欲しいものは、自分で作る。」
長男（９歳）と次男（６歳）にTinkercadを紹介しました。初心者向けのオンライン３Dモデリングソフトです。
親は無料でアカウントを作れますが、子供の生年月日でアカウントを作ると0.5ドル（56円）かかりました。まあ、いいでしょう。
子供たちはモデリング以前に、PCをまともに触ったことがなかっため、マウスの左クリックとか、ウインドウの閉じる、スクロールとか、何も知りません。
とは言え、マウスもOSも、直感的な作りのため、さほど操作方法理解に時間はかかりませんでした。GUIの発明は素晴らしいです。
３Dモデリングソフト、Tinkercadの使い方を覚えてもらいます。
私が教えたことは、立方体や円柱の置き方、回転、拡大、穴のあけ方。
あとは、子供の方が好奇心があるからか、私の知らない機能とか、モデリング方法を自分で発見してくれます。
気が付くと長男は刀を作っていました。
手前の物体は、刀を置くところらしいです。
３DプリンターはQIDIのX-pro。フィラメントはABS、PLA、TPU、一通りそろっています。長男にそれぞれの特徴を伝えました。
ABS・・・きれいに印刷できるけど反りやすく失敗しやすい。硬い。
PLA・・・印刷しやすい。ほかの素材より熱に弱い。とても硬い。
TPU・・・ゴムみたい。柔らかい。
この中から長男はABSを選択しました。
ABSだと、この刀身の細さじゃ途中で倒れて失敗するかな？
でも、失敗から学んでくれ。印刷開始・・・。
あれ！？普通に印刷成功です。
しかも反ったおかげで刀っぽくなっています。
そして、しっかり刀置きにはまって飾れます。
長男は自分の腹を切って遊んでいます。
一方、次男はまだモデリング中。完成次第、印刷しましょう。
パソコンでの３Dモデリングは、現実での造形経験がベースに必要だと思います。
たまたまですが、三男がねんどで雪だるまを作っていました。
かわいい。
こういったねんど遊びも、３Dの設計能力の向上につながるのだと思います。
新型コロナウイルスにより、不急不要の外出を控えるよう言われています。不急だが不要とは言えない・・・そんな微妙なものが欲しいときは、買わずに３Dプリントします。
ある日、玄関のドアが開きっぱなしで固定できなくなりました。バネがおかしくなったようです。
玄関のドアが開きっぱなしにできないと、荷物搬入が非常に不便です。
うちは家族が多く、まとめて食料品を買うので。
ドアストッパーが欲しくなり、少し遠出してホームセンターに買いに行こうと思いましたが、不急の外出とも言えます。
幸い自宅に３Dプリンターとゴムっぽい素材（TPUフィラメント）があるのでドアストッパーを印刷することにしました。
Thingiverse掲載のドアストッパーをダウンロードします。３Dデータはモデリングはしなくても、Webで探せばだいたい見つかります。
大きいものをゆっくり印刷したため、出力に５時間２４分かかりました。
ギザギザの方を下にすれば、玄関のドアがしっかり止まります。
３Dプリントしたのは１か月以上前。いまでも問題なく玄関で活躍しています。
ここ最近、３Dプリンターが活躍する機会が増えています。
災害で家から出られなかったり、コロナで家から出られなかったり・・・自宅にものを生産できる設備があると、心強いです。
前回、実用性が期待できないネコ型スパイカメラを作りました。核となるインターネットで撮影データを送る仕組みは、Obnizを利用しています。開発過程を参考まで記録します。
改めて開発したスパイカメラを紹介します。
・・・無駄の多いギミック。本気でスパイカメラを作ると、いろいろ問題が起こりそうなので、実用より遊びの気持ちが大きかったと思います。
ネコ、歯車と直線移動機構は、３Dプリンターで造形しています。特に直線移動機構の設計ミスが多く、30回以上出力しています。
小箱が小さいほど、設計は難しくなると思います。（単純に私が不慣れなだけかもしれません。）
なお、３Dモデリングを０からやるのは難しいと考え、Thingiverseで共有されているネコと歯車を使わせてもらい、改造して作りました。
撮影用のカメラを用意します。
2020年5月現在、Obnizのパーツライブラリには２つのカメラが紹介されています。
私はピンの数が少なくて楽そうな「JpegSerialCam」を私は選びました。しかし、解像度が最大640×480。もっと解像度が高い画像が欲しい場合、「ArduCAMMini」の方が選んだ方が良いです。最大1600×1200まで撮影可能です。
「JpegSerialCam」で困ったのがピンの幅。通常のブレッドボードに挿せる穴ピッチではありません。
仕方ないのでピンヘッダを１本ずつ切り取り、プラスチック部分を削ってはんだ付けしていきました。
放射状にピンが広げると、とりあえずブレッドボードにも刺さります。
スパイカメラは暗闇で使う可能性があります。気づかれないよう、不可視の赤外線LEDを使うのがセオリーのような気がします。しかし、今回は白色LEDを使います。
機能性は置いといて、ネコの目を光らせたいからです。
白色LED、330Ω抵抗、ジャンパーワイヤーを、小さくカットしたユニバーサル基板にはんだ付けします。
モバイルバッテリーから５Vの電源を取り込めるマイクロUSBコネクタがあると、テストは便利です。
カメラは小さなブレッドボードに挿します。ついでにカメラボディも３Dプリントして装着しました。
LEDの基盤とブレッドボードのジョイントも３Dプリントしました。
LEDはネコの中に差し込み、カメラはネコの手に装着します。
通電して確認。ネコを光らせると、ちょっと怖い。
小箱の底と同じサイズに、木の板をカットします。
板の上で組み立て、最後に小箱に入れましょう。直接小箱にねじ止めしていくより楽です。
サーボモーターに歯車を付け、直線移動機構と連結。
Obnizも板にねじ止め。配線をつないでいきます。
いっぱいつなぐと、配線がごちゃごちゃします。
ジャンパーワイヤーが絡まらないように、バンドで止めました。バンドも即席で3Dプリントしています。
仕上げにコードを書きます。まずはHTMLから。
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<!DOCTYPE html> <html lang="ja"> <head> <meta charset="utf-8"> <meta name="viewport" content="width=device-width,initial-scale=1.0"> <title>スパイカメラ</title> <script src="https://obniz.io/js/jquery-3.2.1.min.js"></script> <script src="https://unpkg.com/obniz@3.4.0-beta.0/obniz.js" crossorigin="anonymous"></script> </head> <body> <main> <div id="obniz-debug"></div> <input type="range" id="servo1" value="0" max="130" min="0"> <img id="image" src="" alt=""> </main> <script src="main.js"></script> </body> </html> |
「input type=”range”」はサーボモーターのテスト用です。
サーボモーターは0～180度の範囲で回転しますが、今回作ったものは130度を超えるあたりで歯車が外れたので、制限をかけました。
続いてJavaScriptです。Obnizのパーツライブラリ「JpegSerialCam」を参考にしています。
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var obniz = new Obniz("OBNIZ_ID_HERE"); var isOpen = false; obniz.onconnect = async function () { var servo1 = obniz.wired("ServoMotor", {gnd:0,vcc:1,signal:2}); obniz.io11.output(false); servo1.angle(0); await obniz.wait(1000); servo1.off(); obniz.io10.output(true); await obniz.wait(100); obniz.io3.output(true); obniz.io4.output(false); var cam = obniz.wired("JpegSerialCam", {vcc:5, cam_tx:6, cam_rx:7, gnd:8}); await cam.startWait({baud: 38400}); await cam.setSizeWait("640x480"); const jpegData = await cam.takeWait(); document.getElementById("image").src = "data:image/jpeg;base64," + cam.arrayToBase64(jpegData); obniz.io10.output(false); servo1.on(); servo1.angle(130); await obniz.wait(1000); servo1.off(); $("#servo1").change(function() { servo1.angle(130- $(this).val()); if($(this).val() > 110){ obniz.io10.output(true); }else{ obniz.io10.output(false); } }); }; |
localhostサーバーを用意して、ブラウザでHTMLを読み込んだら、すぐにJavaScriptが動作し、撮影を開始します。
gifアニメではカットしていますが、撮影は20秒くらいかかります。
暗闇で撮影を試してみると・・・撮影画像は真っ暗。ネコにLEDを仕込んだものの、この程度の明るさでは役に立たないようです。LEDを光らせるコードはコメントアウトしました。
作った装置を小箱に入れ、ふたをすれば完成です。
しかし、カメラが半分しか飛び出さない痛恨の失敗。カメラをもっと上の方に付け替えたほうが良さそうです。
クマのぬいぐるみをテスト撮影。
ブラウザに送られてきた画像は逆さです。
カメラの取り付けが逆だったみたいです。
しかし、これはCSSのtransform:rotateで、簡単に調整できるので致命的ではないでしょう。
カメラ「JpegSerialCam」は、「誰かいる？」くらいの目的で使う分には問題ないですが、細かい文字情報を盗み見るには解像度不足です。
Obnizで本気のスパイカメラを作る場合、次回はカメラ「ArduCAMMini」を使うことにします。
遠隔でこっそり撮影し、画像を手元に送るスパイカメラを作りました。一見すると、ネコが入った小箱。しかし機密情報などを盗むカメラです。会社の持ち出し禁止資料を自宅から盗み見るときに使います。
※リスクしかないので、お勧めできません。
紙の資料で仕事をする会社だと、テレワークを導入しても、なかなか作業が進みません。
手元に資料がなくて、結局出社するはめに。
紙は持ち出し禁止で、必要になるたびに出社。
困っている人が多かったので、スパイカメラを作りました。
スパイカメラは何の変哲もない小箱の外見としました。
デスクの上に置いても、特に目立たないものです。
中からカメラを持ったネコが飛び出し、撮影します。
例え撮影中に見つかっても、ネコが飛び出すオモチャにしか見えないでしょう。
ネコはカモフラージュです。
撮影した画像をテスト受信してみました。
まず、カメラの取り付けが逆で画像がひっくり返っています。
カメラの可動域の設計ミスで画面半分しか撮影できていないし、画質が悪すぎて、細かい文字を読むことはできないレベルです。
・・・実用からほど遠い感じになりました。
リモートでPCのスイッチを押したいとき、24Vソレノイドを使う方法は火事の危険を感じました。そこで、5Vのサーボモーターと歯車で、PCのスイッチを押す方法に切り替えました。
「SG-5010」というサーボモーターを使います。トルク：5.5kgf。押す力がありそうです。
3Dプリンターで歯車を印刷し、直線的に棒が突き出すように取り付けました。
近くにある床暖房のスイッチで試してみましょう。
装置がずれないように固定すれば、しっかりスイッチを押す力があります。
obnizでサーボモーターをリモート操作しており、自宅からネット経由で会社のPCのスイッチを入れることが可能です。
この一つ前に、12Vソレノイドを電池８つ（1.2V充電池×8本=9.6V）で動作させ、スイッチが押せるか試していました。
こちらはびくともしない・・・。
電池がたくさん必要で、リレー回路も必要で、頑張った割にはむなしい結果となりました。
ソレノイドはスピードがあるのですが、力は弱く。逆にサーボモーターはスピードが遅いかわりに力が強い。
使う場面が違うことが、分かってきました。
テレワークで会社のPCをリモートで操作していると、誤って会社のPCをシャットダウンしてしまうことがあるかもしれません。そんなとき、物理的にPCのスイッチを遠隔で押す仕組みが役立ちます。
遠隔でスイッチを押す機器として、スイッチボット（+ハブ）が売られています。しかし、かたいPCのスイッチを押し込めるのか懸念があり、強力なものを自作することにしました。
ネット経由で離れたものを強力に押し込む機器。試しに重たいペットボトルを押してみると・・・倒れます。
いちおう押し込む先端は、PCを傷つけないように柔らかい素材を使っています。（３DプリントしたTPU素材）
空の缶で試すと・・・吹っ飛びます。
これくらいの威力があれば、かたいPCのスイッチを押すこともできるでしょう。
スイッチを押す電子工作をするとき、真っ先に思い浮かぶ部品はソレノイドでした。通電すると鉄の棒が飛び出る部品です。
以前、5Vをソレノイドを使ったことがありますが、思いのほか力が弱く、今度は24Vのソレノイドを使っています。
24VソレノイドをDC9-24V変換アダプターにつなげています。アダプターの電圧を変えることで、押す威力を調整可能です。
そして、アダプターをスマートプラグに差し込みました。ネット経由でON・OFFを切り替えるコンセントプラグです。これでソレノイドの通電を制御・・・リモートでボタンを押す動作が実現できます。
ただし！24Vソレノイドの発熱が高く、誤って通電が続くと火事になる恐れがあります。製品説明では通電は２秒まで！OFFにし忘れたら危険です。
リモートで素人がソレノイドを使うことは避けたほうがよいでしょう。
今回の一番の学びでした。
やるなら、サーボモーターを使いましょう。
今回の構成はお勧めできませんが、組み立て方法はお勧めできる内容があり、追記します。
PCのスイッチを押す場合、スイッチの場所が様々なので、ソレノイドの高さや向きを調整する必要があります。
そんなとき、GoProのジョイントがとても役立ちます。
３Dプリンターでソレノイド装着用のGoProマウントを作ります。
ソレノイドは取付用の穴が空いているので、GoProマウントをねじ止めします。
GoProのジョイントでつながれば、あとはアーム接続、吸盤接続、両面テープ接続、カメラネジのアダプタで三脚接続・・・選択肢が広がります。
様々な場所に装着を想定したGoProのマウントが、電子工作取り付けで活躍します。