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The jonki

呼ばれて飛び出てじょじょじょじょーんき

Ogaki Mini Maker Faire 2014 で レゴ x プロジェクションマッピングを出展してきた HW解説編

Maker Faire Arduino LEGO

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はじめに

先月行われたOgaki Mini Maker Faire 2014に、昨年のMFT 2013の改良版を出展してきました。今年のMFT 2014の前哨戦として、色々と改良を加えて岐阜まで出張してきました。

既にソフトウェアを担当したid:hecomiによって記事がよくまとめられています。書く内容が重複するのもアレなので担当したHW部分もお伝えできればと思います。

ちなみにレゴのプロジェクションマッピングってどんなのだよ!という方は、MFT 2013の紹介動画になりますが、こちらを御覧ください。

第5回ニコニコ学会β研究してみたマッドネス 「Mont Blanc Pj.」 凹(hecomi)

前回(MFT 2013)のときのHW

こちらは去年の時の解説記事です。前回は銀ラックを土台として、下記のような3つの仕組みを遊び要素としていれていました。ただこれらのHWの立て付けや見栄えが悪かったりと、コイン演出以外はあまり目立たない存在となっていました。

  • DCモーターとキャタピラによるエスカレーターシステム
  • サーボによる糸引きでのドッスン制御
  • LEDによるコイン演出

今回のHW

新しい要素と改善を入れようと今回はこんな感じになりました。オレンジ色の要素が新ネタor改善案になります。1つずつ説明していきます。

  • サーボと直行スライダ機構によるドッスン制御
  • スイッチによるレゴ種類変更
  • プッシュソレノイドによるレゴ外し(ブロック爆発演出)
  • LEDによるコイン演出

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サーボと直行スライダ機構によるドッスン制御

前回はサーボモーターに腕をつけて細い糸でドッスンを引っ張っていましたが、ダサすぎるとの指摘を相方から受けて作りなおしました。ドッスンを制御する上で満たすべき項目は下記のようになります。

  • ドッスンの重さ(レゴ4ポチx4ポチ)を支えられる
  • 20cm程度の距離の中で正確に縦軸に移動できる
  • 機構自体は表からは見えないようにして、不思議な力で動いているように見せる。またレゴの取り付けのじゃまにならないようにする

前回の方法はダサく方法がアナログではあるのですが、そこまで悪い方法ではありませんでした。ただし、きれいに縦方向に移動するためのサポート支柱を作り、それをドッスンに通す必要があったのが難点です。つまり前から見た時の見栄えが悪かったのです。
そのため今回はまったく違う方法として、それっぽい機構を取り入れるようにしました。それが直行スライダ機構になります。サーボの正確さとトルクの強さを利用し、上手い具合に回転をスライダ入力に変換して利用しています。直行スライダの仕組みに関しては下記のサイトがとても参考になります。

基本構造にはお馴染みのタミヤの工作シリーズを利用しています。また直線運動を安定させるためにカーテンレールのホイールのようなものを中心に取り付けています。そしてこれが肝でもあるのですが、スライダー棒の先端に強力なネオジム磁石を取り付けてあります。同様にドッスンにも磁石を取り付けることで磁力によりドッスンを舞台裏側から操作できるわけです。磁石同士が2cm強離れているのですが、なんとかスライダ機構の動きに追従するようにドッスンも動きました。ドッスンのレゴは中身をほじくって磁石を入れ、それをアクリルできれいに蓋をすることでスムーズな滑りを実現しています。
今回実際にこれを取り入れてみると、お客さんもどうして動くか分からない、という方が多かったです。裏側の仕組みを見せると「なるほどねぇ〜!」となったのが面白かったですね。見事に不思議な力で動かしている、という演出ができました。

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NSC0401 ネオジム磁石 M3皿ネジ穴 20×10×3

スイッチによるレゴ種類変更

去年はタブレットにレゴを2種類表示しておき、それを選ぶことで取り付けるレゴの種類を選べるようになってました。ただやってみた反省として、タブレットのタッチとレゴの取り付けのインタラクションがかけ離れており、あまり仕組みを理解してもらえませんでした。そこで今回はタブレット方式をやめ、ステージ本体に実際のスイッチを導入し、ゲームと一体化するように変更しました。まだ改善の余地はあるもののボタンを押した瞬間に、変化があるので大分よくなりました。このあたりはhecomi tipsもご参考ください。

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http://cdn-ak.f.st-hatena.com/images/fotolife/h/hecomi/20140909/20140909214224.png

プッシュソレノイドによるレゴ外し(ブロック爆発演出)

今回HWとして一番成功したのはこれです。本当にレゴを物理的に吹っ飛ばすというものです。

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位置は固定になってしまいますが、プッシュソレノイド用に小さい穴を開けておき、後ろからレゴを突くように動いています。ソレノイドは電磁石によって俊敏に引っ張ったり押したりする部品です。
レゴを吹っ飛ばせるだけのパワーのあるプッシュソレノイドを探して千石などで漁っていたのですが、なかなか見つからず。。そして最後に辿り着いたタカハさんのソレノイドでした。1個からお手頃価格で入手可能でバリエーションが豊富、そして納品まで早い!ということでとても助かりました。地味に先端にM3のネジ溝があるので、拡張して使う楽しさもあります。また今回買ったものはストローク特性を見ても分かる通り、かなりの力でプッシュできます。与える電圧と流す電流でも変わってきますが、しっかりと付いたレゴも勢い良くふっとばすパワーは十分あることが動画を見てもわかると思います。

ちなみにプッシュソレノイドにはそれなりの電流が流れるのでトランジスタ等を利用する必要があります。トランジスタを利用することでArduino側から5Vで少量の電流を、別電源から大量の電流(今回は1A近く)を流すことができます。この回路にはこちら様のサイトを参考にさせて頂きました。ソレノイドに流れる電流はArduinoから流す少量の電流とトランジスタの増幅量から計算できます。得たいパワーとストローク特性とを睨めっこして、Arduino側に設置する抵抗値を選んで上げるとよいです。

ソース

今回もArduino1つでUnityとシリアルで通信しています。Unity側のMONOのシリアル周りはまだ十分に整備されておらず、使いにくいところもあるのでUnityとArduinoで作るならUniduinoの導入も悪くなさそうです。
ArduinoのスケッチとUnityとの通信方法に関してはこちらにソースをあげていますのでご参考ください。

まとめとMFT2014に向けて

長くなってしまいましたが、これでHW編の解説を終えます。MFT 2014に向けては、レゴに電子部品を組み込んだモジュールやもっと精密にかつ小さくドッスンを動かすための機構を3Dプリンタで作ったりと、まだまだやりたいことは多いです。あまり時間はありませんが、楽しい物を作れればと思っています。