波乗りトレツドミルの製作報告

波乗りトレツドミルの製作報告

著者 町原 秀夫, 酒井 孝則, 林 庄司

雑誌名 技術部活動報告集

巻 11 (2005年度)

ページ 45‑48

発行年 2006‑03‑31

URL http://hdl.handle.net/10098/7171

波乗りトレツ ドミルの製作報告

プロジェクト型技術相談の経験

第 技 術 室 第 二 技 術 室 第 三 技 術 家

1  まえがき

町 民4秀 夫 酒 井 孝 則 林 庄 司

(基本設計) (製作分担者) (製作分担者)

文京キャンパス技術部は組織発足より 10余年経過していますむ 3年前に福井大学が福井R科大

?と統介寸るまでは全 F組織としての位置付けがあり、 オープンキャンパスへの事加や公開講出の ょ:施など、組織としての成果を摘み kげてきました。 それでも元所属部局以外からの技術業務につ いてはそのi:lJ否について慎車な態度をとってきましたU これまでの技術相談は、教員とは1対 1(})  関係 E進めるのが通例 Fしたが、 J文学的法人化後、社会的貢献が大学の構成員に点められるように なり、技術業務のあり}Jも従来のスタイルではすち行かなくなっています。今回、他学部の教員と の雑談がきっかけで技術部横断型の機器開発に発展し、 定の成果と教司11を待たので報告しますω

なお、本装置の開発にあたり、若者が制御関係に不勉強なため、 との部分を第 技術烹システム 制御

m

の桝井氏及び林氏に分担をお県民いしました。

2  波乗りトレッドミルの構造

技術相談内谷は市販の宰内トレーニングサγーンである、 トレッドミル(ウオーキンクマシン) を前後左右にゆっくり傾斜させるととにより、 坂道を事く運動ができるような仕犠を持った言わば

「白i'f傾斜台」 の設計製作Fずロ装置の構造はトレッドミルに身体を乗せている状態で、 重心と想 定される杭置に球面軸受が固定され、 この軸受にトレ

ソドミルを固定する合献が結合されており、 さらに合 板のト却にはステッピングモーターにより駆動される ボーノレスクリュ】ジャッキを 2，町、 2軸方向に置いて いま J一(eig.l)。

予め設定された任意のプログラムにより 2個のジヤ ッキが水平[面を基準に別々に卜卜「ることで合板の自 由な傾きを'li現しようとするものです。 また、球而軸 受を中心として対而}J向に圧縮パネを配置し、 合板を 常に二点で持ち上げるようにすることで、人が乗って

も装置全体のパランスがとれるようにしました。

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Fig.l  Outline ofTreadmill machine 

ドミルの製作報告 波乗りトレツ

プロジェクト型技術相談の経験

(基本設計) 町 民4秀 夫

酒 井 孝 則 第

第 二 技 術 室 技 術 室

(製作分担者) (製作分担者) 林 庄 司

第 三 技 術 家

まえがき 1 

3年局IIに福井大学が福井R科大 文京キャンパス技術部は組織発足より 10余年経過していますむ

オープンキャンパスへ白書加や公開講出の

?と統介するまでは全 F組織としての位置付けがあり、

それでも元所属部局以外からの技術業務につ ょ:施など、組織としての成果を摘み kげてきました。

いてはそのi:lJ否について慎車な態度をとってきましたU これまでの技術相談は、教員とは1対 1の よ学の法人化後、社会的貢献が大学の構成員にぷめられるように なり、技術業務のあり}Jも従来のスタイルではすち行かなくなっています。今回、他学部の教員と 関係ぜ進めるのが通例 Fしたが、

定の成果と教司11を待たので報告しますω

の雑談がきっかけで技術部横断型の機器開発に発展し、

との部分を第 技術烹システム なお、本装置の開発にあたり、若者が制御関係に不勉強なため、

制御

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の桝井氏及び林氏に分担をお院長いしました。

波乗りトレッドミルの構造 2 

トレッドミル(ウオーキンクマシン) 技術相談内谷は市販の宰内トレーニングサγーンである、

坂道を歩く運動ができるような仕犠を持った言わば を前後左右にゆっくり傾斜させることにより、

の設計製作Fずロ装置の構造はトレッドミルに身体を乗せている状態で、 重心と想

「白i'E傾斜台」

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予め設定された任意のプログラムにより 2個のジヤ ッキが水平[面を基準に別々に卜卜「ることで合板の自 また、球而軸

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由な傾きを'li現しようとするものです。

合板を 受を中心として対商占向に圧縮パネを配置し、

常に二点で持ち上げるようにすることで、人が乗って

Outline ofTreadmill machine  Fig.l 

も装置全体のパランスがとれるようにしました。

3  設 計 製 作 の 経 緯

装 置 の 設 計 fは機能や仕棟が明確になっ亡いることが前提ですので、基本的な構造を依頼教員に 手した二で必要な機能や代慌を決定しましたc 本 装 置 の 機 構 は 産 業 機 械 で 存 通 に 使 わ れ て い る も の

ですが、特に注意した点は運動'1'の転倒を初めとした、危険防!Iの対策でした。

以下に使用した部品の十なイi様を記しま す^ω

1 )電動モーター オリエンタノレモ ター附 AS69 

ノリレスダ1'入)J塑 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ー ユ 二 ソ ト を2f?使用

分 解 能 O.36⁰  /ハルス、人)Jパノレス速度 50KHzT 回転速度はがJ ，3.000  rpm  2 )コントローラ オリエンタノレモ』グ」附 EMP2002:‑V2 

2軸ストアードプログラム明、プログラミングツーノレ付属(Wi nXI'対ん、) 3 )減速機 誠1i)f‑奔糊 (特注品)

5 K N対応 ウオームギャ式γ ャッキ、減速比50  1、 ボールネンピッチ 2mrn ストロ』ク 80mm

4)球 面 軸 受 ヒーノ¥ Jスト材工相 (特注品) 精密級、 定 栴 荷 量5 K N、最大振角 40" 

; )

  )パネ式ダンパ一 山内スプリング製作所側 (特注1¥1'1) 

ス プ リ ン グ 外 符 90mm、 線 径 9rnmで2種

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製 作 ハ ネ 定 数

ノ、ネ定数

0.508  kgC/mm  0.511  kgf/mm 

自由長 向山長

510 mm  113  mm 

卜レッドミノレを載せる介板の定格傾斜角は前後方向(長手方向)が鉛同軸より::t13⁰ _、左右方 Il'lの疋格傾斜角ば鉛直軸より士 8'の傾斜を確保「ることができました^ω 前 後 占 向 に つ い て は 当 初 の要求が土 20"  でしたが、 卜レッドミノレと床どの距離を大きくとれないことやノ、ネの長さの制約 から 13"が 定

1

悼となりました。

動 作 の 形 態 は 二 軸 何 時 傾 斜 を 前 提 と し ま し た 。 各 方 向 の そ ター￨門l転速度を計算すると、

1 )前後方向(長子方rilj)ステッピングモーターの同転速度計算

。-~ 1 ;10  → 口 。 ‑ > ‑1 :‑3⁰  ‑)‑ 0"を1ステッフ。とし、その所要時間を2分と した場合、所要lπ1転 教 は 2，OOOrpm 

2 ) 芹 右 右 向 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ー の 回 転 速 度 計 算

0⁰  ̲ )  8⁰  → 0^。 →  8'  → 0'を lステップとし、その所要時間をZ分とした

場 合 、 所 要 回 転 数 は 1，300rpm 

機 械)J日工部品が納入されてからステッピングモ タ の 組 み 付 け を 行 い 、 制 御 方 法 的 試 行 錯誤が 相当繰り塩されま Lた心その結果、安全性の観点からジャッキの軸にマーカーを取付け、上下のリ

ミットスイッグーにより強制停止させることができるよう 3セ ン サ ー モ ー ド を 選 択 し ま し た 。 こ れ に より、ようやくコントロ」ラ』に送る制御プログラムがパソコン土 P設計できるようになりました。

3  設 計 製 作 の 経 緯

装 置 の 設 計 で は 機 能 や 仕 様 が 明 確 に な っ 亡 い る こ と が 前 提 で す の で 、 基 本 的 な 構 造 を 依 頼 教 員 に 手した二で必要な機能や代傑を決定しました。本装置の機構は産業機械で拝】昌に使わ札ているもの

ですが、特に注意した点は運動1[10)転 倒 を 初 め と し た 、 危 険 防11の対策でした。

以下に使用した部品のギな {I様 を 記 し ま す^ω

1 )電動モーター オリエンタノレモ ター附 AS69 

ノリレスダ1'入)J製 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ー ユ 二 ソ ト を2台使用

分 解 能 O.36⁰  /ハルス、人)Jパノレス速度 50KHzT 回転速度はがJ ，3.000  rpm  2 )コントローラ オリエンタノレモ』グ」附 EMP2002:‑V2 

2軸ストアードプログラム明、プログラミングツーノレ付属(Wi nXI'対 応 ) 3 )減速機 誠心

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r‑奔糊 (特注品)

5 K N対応 ウオームギャ式γ ャッキ、減速比50  1、 ボールネンピッチ 2mrn ストロ』ク 80mm

4)球 面 軸 受 ヒーノ¥ Jスト村工^l糊 (特注品) 精密級、 定 栴 荷 量5 K N、最大振角 40 c 

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  )パネ式ダンパ一 山内スプリング製作所側 (特注1¥1'1) 

ス プ リ ン グ 外 符 90mm、 線 径 9rnmで2種

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製 作 ハ ネ 定 数

ノ、ネ定数

0.508  kg!"/mm  0.511  kgf/mm 

自由長 向山長

510 rnm  113  mm 

卜レッドミルを載せる介板の定格傾斜角は前後方向(長手方向)が鉛同軸より::t13⁰ 、左右方 Il'lの疋格傾斜角ば鉛直軸より士 8"の傾斜を確保「ることができました^ω 前 後 占 向 に つ い て は 当 初 の要求が土 20"  でしたが、 卜レッドミノレと床との距離を大きくとれないことやノ、ネの長さの制約 から 13"が 定

1

悼となりました。

動 作 の 形 態 は 二 軸 同 時 傾 斜 を 前 提 と し ま し た 。 各 方 向 の そ ター￨円l転速度を計算すると、

1 )前後方向(長子方lilj)ステッピングモーターのl司転速度計算

。-~ 1 ;10  →口。.，. ‑1 :‑3⁰  ‑)‑ 0"を1ステッフ。とし、その所要時間を2分と した場合、所要l何時五教は 2，OOOrpm 

2 ) 芹 右 右 向 ス テ ッ ピ ン グ モ ー タ ー の 回 転 速 度 計 算

0⁰  ̲ )  8⁰  → 0^。 →  8"  → 0"をlステップとし、その所要時間をZ分とした

場 合 、 所 要 回 転 数 は 1，300rpm 

機 械)J日工部品が納入されてからステッピングモ タ の組み付けを行い、制御方法的試行錯誤が 相当繰り塩されました心その結果、安全性の観点からジャッキの軸にマーカーを取付け、上下のリ ミットスイッグーにより強制停止させることができるよう 3セ ン サ ー モ ー ド を 選 択 し ま し た 。 こ れ に より、ようやくコントロ」ラーに送る制御プログラムがパソコンと P設計できるようになりました。

センサーは当初、マイクロスイッチを使用しましたが、安定した動作点が保証できないとして、

フォトダイオードによる回路変更を余儀なくされました。このような経緯で出来上がったプログラ ムを以下に記します。

* * * * * * * * * * *  

林 庄 司 氏 に よ る プ ロ グ ラ ム

* * * * * * * * * * * * * *  

1. 

I ! ! f

要

波乗りトレッドミノレの自在傾斜構造の外観をFig.2に示す。トレッドミノレの重心位置を支柱Gで 支え，パルスモータを用いてJackyA， Jacky Bを同時にしかも独立に上下に駆動させ， トレッド

ミノレに前後，左右の運動を連続で与えるものであるo それはあたかもトレッドミノレが，波乗りして いるような状況を自由自在に作り出すことができる構成となっている。

Fig.2  Outline ofTilting mechanizum 

2.  jF

J

苦プログタ Aとぞの占居前主才法

駆動用プログラムは， Fig.3に示す通りである。プログラムはコントローラーに付属のモーショ ンプログラミングツールMEXPu1を用いて作成した。動作コマンドはすべてアイコン化されてお り，それらをドラック&ドロップで並べることでFig.2のようにプログラミングができ，メンテナ ンスも簡単にできる。動作コマンドの詳細はここでは省略する。

今， トレッドミノレの水平位置を基準位置とすると， Fig.3のプログラム① ④の部分はトレッド ミノレマシーンの前後，左右の基準位置を手動で調整するためのプログラムである。またプログラム

⑤，⑥の部分はトレッドミルマシーンを，

G

を中心に前後左右にある角度，ある周期で運動させる ための全動作運動プログラムである。プログラム① ④までを IFコマンドを用い判断させ，それ らを連続的につなぎ合わせることにより， トレッドミルマシーンの運動を， G を中心に前後左右，

センサーは当初、マイクロスイッチを使用しましたが、安定した動作点が保証できないとして、

フォトダイオードによる回路変更を余儀なくされました。このような経緯で出来上がったプログラ ムを以下に記します。

* * * * * * * * * * *  

林 庄 司 氏 に よ る プ ロ グ ラ ム

* * * * * * * * * * * * * *  

1. 

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波乗りトレッドミノレの自在傾斜構造の外観をFig.2に示す。トレッドミノレの重心位置を支柱Gで 支え，パルスモータを用いて JackyA， Jacky Bを同時にしかも独立に上下に駆動させ， トレッド

ミノレに前後，左右の運動を連続で与えるものであるo それはあたかもトレッドミノレが，波乗りして いるような状況を自由自在に作り出すことができる構成となっているo

Fig.2  Outline ofTilting mechanizum 

2. ~j苦プログタ A é: ぞの占層的宮才法

駆動用プログラムは， Fig.3に示す通りである。プログラムはコントローラーに付属のモーショ ンプログラミングツールMEXPu1を用いて作成した。動作コマンドはすべてアイコン化されてお り，それらをドラック&ドロップで並べることでFig.2のようにプログラミングができ，メンテナ ンスも簡単にできる。動作コマンドの詳細はここでは省略する。

今， トレッドミノレの水平位置を基準位置とすると， Fig.3のプログラム① ④の部分はトレッド ミノレマシーンの前後，左右の基準位置を手動で調整するためのプログラムである。またプログラム

⑤，⑥の部分はトレッドミノレマシーンを，

G

を中心に前後左右にある角度，ある周期で運動させる ための全動作運動プログラムである。プログラム① ④までを IFコマンドを用い判断させ，それ らを連続的につなぎ合わせることにより， トレッドミルマシーンの運動を， G を中心に前後左右，

自由自在に繰ることができる。

次に，波乗りトレッドミルマシーンの運動の実行について述べる。ツーノレ MEXPO1を用いて

Fig.2のプログラムを，パノレスモータをコントロールする EMPコントローラにダウンロードする。

そしてコントローノレボックスの前面にあるスイッチ(スタート，前後左右の基準位置合わせ，全動 作運動など)を 1秒間程度押すことによって，波乗りトレッドミノレ7 シーンの基準位置合わせを行 い， その後全動作運動を実行することができる。

Fig.3  Program for Treadmill driving 

3. 必~JIj

ツールMEXPO1を用いることによって，パルスモータの正転逆転の駆動を簡単に作り出すと とができ，波乗りトレッドミノレ7シーンの前後左右の連続運動を自由自在に達成することができた。

このことは基本プログラムができていれば、充分なプログラムの知識がなくても動作変更が僑単に できることを意味する。

***************************************** 

4.謝 辞

製作の過程で機械工作に協力をいただいた第一技術室の川崎孝俊氏に感謝し、たします。

自由自在に操ることができる。

次に，波乗りトレッドミルマシーンの運動の実行について述べる。ツーノレ MEXPO1を用いて Fig.2のプログラムを，パルスモータをコントロールする EMPコントローラにダウンロードする。

そしてコントロールボックスの前面にあるスイッチ(スタート，前後左右の基準位置合わせ，全動 作運動など)を 1秒間程度押すことによって，波乗りトレッドミノレマシーンの基準位置合わせを行 い，その後全動作運動を実行することができる。

Fig.3  Program for 

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^{'readmill driving} 

3. 必~m

ツールMEXPO1を用いることによって，パルスモータの正転逆転の駆動を簡単に作り出すと とができ，波乗りトレッドミノレ7シーンの前後左右の連続運動を自由自在に達成することができた。

このことは基本プログラムができていれば、充分なプログラムの知識がなくても動作変更が筏単に できることを意味する。

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4.謝 辞

製作の過程で機械工作に協力をいただいた第一技術室の川崎孝俊氏に感謝し、たします。