モーターに戻ってくる力を逃がしたい

質問

物理学というか工学かな思うのですが、カテゴリがないのでここで質問させていただきます。

レゴでリモコンカーを作っていますが、ステアリングがセンターに戻ってくる仕組みで困っています。
テクニックシリーズというもので、ギアやモーターを組み合わすことが出来ます。

赤外線リモコンに対応してモーターを駆動させられるので、ラックを使ってステアリングを着るように作りましたが、問題があります。
市販のラジコンのように、リモコン側のハンドルを戻した時に、ラジコン側のステアリングがセンターに戻ってくれないのです。
(たぶん普通のラジコンは送信機側の角度に合わせて受信側の角度も変えてくれる)

検索してみると、ゴムの引っ張りで無理矢理戻す仕組みしか見つかりません。
http://www.youtube.com/watch?v=kzAQqY97Y9I
(lego steering return to centerで検索)
これだと、実際にはステアリングのためのモーターの抵抗があるので、うまく戻ってくれません。
ゴムをきつくすると、今度はモーターを動かしたときに動きがきつくなり、ラックをギアが空転したりします。

モーターを動かしたときにはステアリングが切れて、モーターがオフの時にはゴムの力で戻る場合、モーターにその力が伝わらないように逃がしてやる方法はないでしょうか？

なんとなく、ディファレンシャルギアを使えばできそうな気がするのですが、考えつきませんでした。
http://sei9akada.blog64.fc2.com/blog-entry-27.html

赤外線リモコンは、on/off/リバースを切り替えられるものと、7段階にスピード調整してくれるものを持っています。
理想としては、モーターのスピードに応じてステアリングの角度を調整させたいです。
(モーターをoffにするとセンターに戻る)

いいアイデアがあれば教えてください。
(左右別々に車輪を駆動させて曲がるとかではなく、あくまでステアリングをリモコンでコントロールするのが希望です)

回答No.5

el156

#4です。よく考えてみると図2のままではうまく行かない気がして来ました。図の状態からモータを止めてラックを右に動かすのであれば右の歯車は逃げる方向に力を受けますが、ご希望のアプリケーションではたぶんラックを左へ引っ張りますから、そうすると右の歯車はやはり食い込む方向になりそうです。左右の歯車の夫々に、回転の向きが変わった場合に力を伝えなくするような何かの工夫が要りそうですが、今のところ思いつきません。モータを回す場合とラック側から舵を戻す場合とでは回転の向きと力の伝達の向きが同時に反転するので、普通の「ワンウエイクラッチ」ではうまく行きそうにありません。
頭の中だけで考えるよりも、ギアを動かしてみて実物を見ながら考えた方が良いアイディアが思いつくと思います。それをするのに、たぶん、LEGOは最適です。

お礼

やはりそうでしたか。
作ってみたのですが、なかなかうまくいきませんでした。
レゴのテクニックシリーズは面白いのですが、ギアの組み合わせがうまくできず、夢にまでうなされます(笑)

今のところ、ステアリングを切らずに左右のギアの回転速度を別のギアで調整するというDual differential gearというのが一番すっきりした方法です。
http://groups.csail.mit.edu/drl/courses/cs54-2001s/dualdiff.html

これはいいとして、なんとかエレガントにステアリングを切れないかと悪戦苦闘しているのですが、行き詰まっています。

回答No.4

el156

No.2です。電気ブレーキが働くかどうかは、モータを駆動する電気回路に依存します。正逆転で駆動する回路の場合、添付図1のような駆動回路になっているのではないかと思いますが、スイッチを３つ以上オフしないとフリーになりません。
　　　正転　　逆転　ブレーキ　ブレーキ　フリー　
（１）オン　　オフ　　オン　　　オフ　　オフ
（２）オフ　　オン　　オン　　　オフ　　オフ
（３）オフ　　オン　　オフ　　　オン　　オフ
（４）オン　　オフ　　オフ　　　オン　　オフ
モータを駆動する電気回路をいじるのは無理でしょうか？

レゴにどのような部品があるかわかりませんが、メカ的に実現するには図2のような概念の機構が必要だと思います。中央の歯車がモータだと思ってください。左右の歯車はモータ軸を中心にスイングできるようになっています。モータが図のように時計回りする時、右の歯車が食い込んでラックを右へ動かします。反時計回りするときは左の歯車が食い込んでラックを左へ動かします。モータが止まっていてラックの方を動かすとギアが逃げてくれると思います。
他にも方法はあると思いますしこの図そのままでうまく行くかどうかわかりませんが、基本的な考え方はこの図のようなものになると思います。

お礼

図まで書いていただいてありがとうございます。
図2の方は部品的には実現できそうです。
さっそく試してみたいと思います。

回答No.3

funflier

レゴにはこんな複雑なものもあるんですね。知りませんでした。
http://technic.lego.com/ja-jp/Default.aspx

いくつか思ったのですが、
・youtubeの画像ではうまくいっているようですが、これと同じにならない原因
　はありませんか？　たとえばステアリング各部の動きが渋いとか。
・実際の自動車を考えてみて頂ければ、「ステアリングを中立にする」機能は
　ステアリング自体にはありません。走行によってタイヤが真っ直ぐになる様に
　キャスター角等の各種アライメントが付けられている訳で、走行しないと中立
　にはなりません。この意味で、ある程度の強さのゴムで走行させた状態では戻
　るということは得られませんか？　また可能なら実車みたいなアライメントを
　付加する、とか。

ラジコンの場合（廉価なトイラジコンでない）は送受信機のことを「プロポ」
と呼んだりします。これは「プロポーショナル＝比例制御」であるからで、
操作量とサーボ動作量を比例させられ、中立指示は中立になります。
その赤外線リモコンがどんなものか解りませんが、車体・リモコンに対し要求
が高すぎる気がするのですが。要望されることの実現にはいっそのこと一般
ラジコンカーの装備で改造してしまうのが早いかもしれません。

回答No.2

el156

モータの駆動回路は電子回路によるものですか？駆動回路によって、モータをOffした状態でモータの端子間がショートになるものとオープンになるものがあります。Off時ショートとなる駆動回路ですとモータに電気ブレーキが掛かった状態になりますが、そういう状態になっているということはありませんか？モータを駆動回路から切り離すと軽くなりませんでしょうか？

補足

モーターをoffにすると、ブレーキが掛かってしまうタイプです。
レゴの部品にくっつけるように一体化されているので、市販のモーターとの交換は出来ないのがネックです。
(無理矢理自作する以外)

回答No.1

co2ro

サーボモータ或はステッピングモータを使用してください。

補足

サーボモーターもステッピングモーターもありません。
(マインドストームという4万円ぐらいするシステムにはあるらしいですが、コンピュータ制御、単体で組み合わせられないようです)
普通のモーターでは実現不可能でしょうか？