モーターの選定方法(クロスボウ改良)

質問

競技用のクロスボウを改良しようと思っています。
弓の強さが100ポンド近くあり、毎回引くだけで相当な体力を消耗してしまい、競技どころではありません。そこで、弓を引く作業をモーターにやらせるようにしたいと考えます。

ただ、電気工作の経験が皆無の為、どの程度のモーターが必要になるかを計算する術が分かりません。どなたか計算方法をご教授下さい。

弓の引くときの重さが50kg、弓の引き尺は15cmです。
15cmを0.3秒程度で引っぱれるモーターを探してます。
必要があれば、ギヤも使用します。

1.まず、速度を計算するんですよね？
V=0.15m/0.3s
V=0.5m/s

2.その次は確かエネルギー量を計算するんでしたっけ
J=1/2MV2
=1/2*50*0.5*0.5
=6.25J

3.必要なトルクは？？？？
。。。既に自分で考えていて意味不明に陥っています。
正直文系出身で物理は苦手で、電子工作もしたことが無いので、全く分かりません。
お忙しい中大変恐縮ですが、どうか宜しくご教授下さい。

回答No.2

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
他の方のアドバイスにもあるとおり、構造が大変でもあり、また用途が危険なものであるため、積極的にアドバイスはしにくいところですが、せっかく工作技術に興味を持っていただいたので、まずは計算から入ってみましょう。

　50Kg重の力は約500Nです。エネルギー（J）は500N×0.15m=75J。これを0.3秒で実現するので、仕事率（モーターの軸出力。W。J/秒）は75J/0.3秒=250wとなります。
　消費電力は常識的な効率からみて0.8くらいなので約300w。小型電気掃除機並のかなり強力なモーターですね。これが回転速度10000rpmくらいで回り（普通、モーターは低速回転が苦手なのです）、これを歯車で減速して使用することとし、長さ１５ｃｍの腕木（半径１５ｃｍの円盤）を回転運動させて15cmの長さだけの弦を引くとすると考えます。すると腕木は0.3秒で60度回転。回転速度は1．8秒で1回転で、33.3rpmなので、ギア比は約１：３００ということになります。（多分、１：７程度の3段構成かな。）

・・・とまあここまで書いて何ですが、質問者さんもうすうすお気づきのとおり、自作はかなり無理があります。50Kg重といえば最終的に人間1人をつり下げられる強度。鉄で作るにせよ、木で作るにせよ、かなりごついものになりますし、実はこのくらいの強度になると歯車や軸、ベアリング（軸受け）が簡単には手に入りません。
（手に入っても産業用部品なので、結構高価でしょう。歯車類で手に入りやすく使いやすいのはプラモデルのタミヤ社の工作用のギヤセットシリーズですが、このシリーズはどの製品にせよ50Kg重をかけたらギヤボックスごと壊れます・・・）

私からも、産業用部品のHPアドレス群を紹介はしておきますが・・・ギヤードモーター（減速歯車付きモータ）やアクチュエータ（歯車とカム構造等で回転運動以外の運動への変換機能付きモータ）はかなりの値段がします。
もちろん、ツルに引っかける方法やモータを固定する方法も工夫が必要ですね。通常、機械技術者はモーターやアクチュエータよりも、用途に応じた動作点（用途のための動作機構）に一番頭を使います。・・・だから一番おもしろい点かもしれませんが。

　もっとも、質問者さんとよく似た悩みは古代の戦闘用クロスボウ兵にもあったようで、城に常備するような大型・強弓のクロスボウはハンドルを回すとチャージできるような装置が工夫されていたとか。これにヒントを得てうまい機構が考案できるようならいいですね。電動にたよらず、ペダルを踏むと（自分の体重をかけると）チャージできるような機構（工具）を考えた方が良いかも知れません。
（Wikipediaでクロスボウを検索すると絵が出てきます。また、人力での機構を一度完成させた後に、これを「電動化」する方法は機械技術の際にもよく使われます）

さてさて、いかがでしょうか。あくまでも自己責任の範囲でご理解いただこうと思いますが、少しでも技術を楽しんでいただく上でお役に立てば幸いです。

参考URL：

http://www.indexpro.co.jp/cate03/ctg03.asp?dcode=130204

お礼

ご回答ありがとうございます。

簡単に可能ならば、確かに商品化されてるはずですものね…

あきらめて、当分計算と想像の世界で楽しむ事に致します。
気合でコッキングします。
体を鍛えます。

勉強になりました。
この度はご指導ありがとうございました。

回答No.1

outerlimit

電気よりも機械工作の方が大変です
弓とモータ機構をどのようにして結合するか
引いてから、矢をつがえ射るのは人　その時モータ機構はどうするか

単にスイッチを入れると15cm引く装置を作り、
そこに弓を持っていて引き、引いたら装置から外し、矢をつがえ射場へ移動ですか

それならば、50kgfm/sで引ければ良いわけですから、0.5kwのモータで0.5m/sで巻き取れるプーリと減速機の組み合わせです
モータ出力の計算値は？です
稼働率が低いですから2倍程度の過負荷での使用も可能でしょう
が　安全装置も必要です
電源はどうしますか

モータと減速機よりも、速度が少し遅くなりますが電動シリンダの方が機構は簡単です

参考URL：

http://www.servo.jp/products/STB25.html

お礼

回答ありがとうございます。
連絡遅くなって申し訳ありません。

弦を楽に引くのであれば、弓を固定し電動ウィンチで引張ればいいだけです。
(矢をつがえるのに時間制限は無いですから)
最近始めた新しいゲームでは、5分以内に矢数無制限(30秒で一回ひければ十分早い)で、高得点を稼いだものが勝ちとなります。現状、私はロードに時間がかかり、惨敗です。

比較的早くロードのできるピストルタイプのクロスボウタイプを選択してみましたが、僕の場合では30秒くらい
かかってしまう上、弓具の精度が甘い為、命中率が大幅低下。惨敗。

競技用のクロスボウを改造しようと思い、本掲示板に書き込ませて頂きました。

しかし、手を加えることにより命中精度を落とす可能性があることに気付き(それに重量バランスも変わり他の競技では不利になる)、今はピストルタイプのクロスボウを改造しようと思ってます。

矢が短く命中精度は低いですが、従来のクロスボウの10倍の速度でロードできれば、私でも競技に勝てそうです。

さて、私の場合はクロスボウ本体に機械を内蔵し、弦を引張らせたいと考えます。
ピストルタイプのグリップの後ろにストックを取り付け、ストックの中にモーターやバッテリーを内臓したいと考えてます。

理想を言うならば、弓部の下にマガジンをとりつけボタンを押すと、矢をつがえ、弓を引く装置を作りたいです。さらに理想を言うならば、ボタンを押してる間は矢をつがえ、弓を引く動作を自動で行う装置がベストです。
引き金を引きっぱなしにしておけば、ストッパーがないから、連射が出来るはずです。

ですが、マガジンから矢をつがえる機構が全く想像が出来ませんので、手動で矢をつがえ、ボタンを押すと、弓を引き15cm後退したら、停止する機構を取り付けるのみに留めておくのが、無難そうです。

電動シリンダーは全く想像してませんでした。ただ、高そうですね。