Shin's MonoBlogue

また変なものを作りました。ここのところは時計でしたが、今度は万年カレンダーで、よく受付とかに置いてありがちな、今日の日付と曜日を表示するだけのものです。ただし、ただ表示するだけではありません。月と日を合わせると、１年間（３月１日から翌年の２月末日までの間）、正しい曜日を自動的に表示してくれるというものです。



この動画にあるように、月と曜日、日付の１０の位と１の位の４つのドラムが連動しています。どのドラムが入力用（操作用）ということはなく、どれでも自由に、どちら向きにでも、また何回転でも回せ、どのように操作しても曜日と日時の関係が正しく保たれます。


ミソは、内部に仕込まれた３組の遊星歯車にあります。遊星歯車は３つの回転角度を連動させることができるので、２箇所の角度を足した結果を出力することが出来ます。そのときに必ずギア比がかかって減速・加速してしまうのですが、３つ同じギアを使うことで、月と日付の３つのドラムから曜日のドラムへのギア比を、すべて２倍（+2または-2倍）に揃えています。


ちょうど２倍のギア比とすることで、１つの曜日に対して他のドラム上では２箇所ずつを割り当てることが出来ます。月は12種類、日付の１の桁は10種類あるので、それらをうまく配置することで曜日の計算ができます。ギア比が整数なので月・日付のドラムを１回転させると曜日のドラムはちょうど２回転し、もとの状態に戻ります。これによって各ドラムを何回転させてもよい，という性質が生まれます。


日付の配置の説明です。前述のように日付の１の位は10種類で、それをそのまま並べ、空いた部分には、同じ曜日に対応するもう一方の数値を設定しておきます。また１０の位は４種類しかありませんので８箇所しか埋まらず、残った６箇所は混乱を避けるために x を表示しています。


月の配置です。例えば３月のように３１日ある月は、その翌月の曜日が７で割った余りである３日だけずれます。この性質を用い，３月の次の４月は３だけずれた位置に配置します。２月はうるう年に日数が変わるので、３月を起点にして配置していくと、うまい具合に重複なく収まります。

動画で説明しているように、特定の曜日の日付を順番に調べることも出来ます。１年に一度（順に１日ずつ進めて使うときは３月１日に）、曜日合わせの必要があるので、曜日のドラムはずらすことができるようにもなっています。１年の間であれば任意の日付で曜日合わせして問題ありません。


久々に光造形タイプの３Ｄプリンタを動かして、40%に縮小したものも作ってみました。これをちゃんと動くように調整するのは大変でしたが、なかなかハイクオリティに出来上がったと思います。

今回のカレンダーの動作原理は、いろいろと考えを巡らすうちに思いついたものですが、過去に同様のアイディアがあったかどうかはわかりません。ネットで検索する限りでは同様の例は見つかりませんでしたが、ともあれ、操作が簡単で機能的なだけではなく、形としてもよくまとまった、お気に入りのデザインの小物ができました。

データは Thingiverseからダウンロードできます。

コロナウイルスの影響で第２戦がキャンセルになり、半年以上開催のなかった関西舞子オートテスト。ようやく再開となったので参加してきました。参加台数は約25台。初心者の方も多い一方で、いつもの強豪の方々も来られていて、なかなかそうやすやすとは勝てません。これまで最高順位は、前回の３位です。



今回は新たな試みとして、同じコースが２つ作られており、同時発進で競い合うこともできるようになっていました（競技後に余興として？同時発進のトーナメント戦も行われました）。午前の練習も２コースあるのでスムーズで、たくさん練習ができました。例によって路面には砂や砂利が多くとてもスリッピー。またボディも内装も砂まみれで困ったものですが、まあ、ダートや雪上のオートテストもあるわけで、これはこれでそういう競技だというところです。

午前の練習では次第にタイムアップでき、35秒台も２度ほど出せました。他の方は早い方でも37秒前後までで、これはかなり見込みがありそうです。ただしどうしても車庫入れでパイロンタッチしやすいところがあり、クリーンラップの確率が低い。そこが課題です。







そして午後の競技。オートテスト界のレジェンドにして「マイスター」の異名を取るトップランカーが前を走られます。その方のタイムは 37.0秒で、それに対し僕は 36.6秒で１位。うまく走れてよかった、これはもしかしたらこのまま勝てるかも、と思ったら甘かった。さらにタイムを短縮され、36.4秒に塗り替えられました。もうこれはダメだと思ったのですが、練習走行では36秒を切れたので、それを思い出しつつプッシュ。



リザルトです（こちらで公開されているものと同じです）。結果、２本目で36.1秒が出て優勝することができました。



オートテストでは過去にクラス優勝したことはありますが、総合優勝は初。もちろんジムカーナでもそんなことはありませんので、とても嬉しい結果となりました。

3Dプリンタでいろいろなものを作るときに気になるのは、それぞれの造形物の形状です。基本的にオーバーハング部分は造形できませんので（サポートをつけると作れますが、表面が汚くなったりサポートが取れにくかったりと厄介があります）、平たい部品に分割して出力し、積み重ねるように接合して作っていくのが簡単です。そのときにどうやって部品同士をくっつけるのか。接着剤を使えばよいのですが、3Dプリンタの造形物の表面があまり平滑でなかったり、接着剤がフィラメントの境界の微細な穴に吸われたりして以外と着きにくいです。それにやはり、接着剤が固まるまでの待ち時間も長いので、いろいろやってみたところ、ハンダゴテを使ったプラスティックの溶接がよいという結論になりました。



ハンダゴテによるプラスティック溶接の様子です。この動画では溶ける温度の低いPLAで行っていますが、他の素材でも可能と思います。数秒で固まること、固定された部品同士は接着剤などの異物がないため剥がれにくく強度が高いこと、また、それと相反するようですが、面で接着せず接合面の外周だけを留めるので、再びハンダゴテで溶かせば外すことも可能なことなどいろんなメリットがあります。３Ｄプリンタの造形物は中身がスカスカですので、面で接合せず外周だけの接合でもあまり問題ないと思います。溶けたプラスティックの蒸気が臭いですが、接着剤の溶剤に比べれば冷えればすぐに無くなるのも良いところかと思います。

次に、micro:bit でのサーボの制御について。たいていのサーボモーターは5Vの電源を前提としていますが、micro:bit の電源は約3Vです（USBポートからの5Vで動かすこともできますが、micro:bit からはその5Vを取り出すことはできません）。ですので、5Vの電源から3Vに落とす回路が欲しいということになります。センサシールド等を用いればよいのですが、micro:bit 本体が安いので、それを考えるとあまり使いたくありません。降圧用のDC-DCコンバータの部品なども安くで売られていますが、それでもいくらかはしますし、少しかさばります。



そこでおすすめなのがダイオードを使う方法です。シリコンダイオードの順方向電圧降下はおおよそ 0.6〜0.7V なので、３つ使えば5Vから約3Vが作れます。micro:bit そのものは 1.8〜4V の範囲で動作するので、この電圧があまり正確である必要はありません。R1 はなくても良いと思いますが、消費電力が小さいとき（電流がほとんど流れないとき）に電圧が上がってしまわないように安全のために入れています。適当な抵抗値でよいのですが、シリコンダイオードの特性、また micro:bit の消費電力が 1〜30mWということなので、それと同等ということを考えると1kΩ前後がよいでしょう。私は手元にたくさんあったので220Ωを使いましたが・・電解コンデンサもなくても良いようですが念のために入れています。

同じUSBから電源をとってサーボモーターを動かすと消費電力が大きいために電圧降下を起こし、micro:bit に印加される電圧が下がります。これによって micro:bit のLEDがちらつくことがありますが、動作には問題ないようです。