自作卓球マシンの製作図面

2016/8/27　 2020/3/7

 

 

自作卓球マシン3号機の製作図面を整理し、機構図面と電気制御図面に分けました（PDFボタンをクリックすると、新しいタブで開きます）。

 

組立図

 

自作卓球マシン3号機の組立図です。図面で部品が重なる部分は一部、省略しています。横幅262mm、高さ375mm、奥行き204mm、発射部を含む奥行き306mm、質量約2.3Kg (単3乾電池4個、モバイルバッテリー含む）です。図面には載っていませんが、コントロールに秋月電子のオプトサプライ赤外線リモコン OE13KIRを使い、各キーに機能を割り当てています。使い方については、「リモコン仕様」を参照ください。

 

 

 

払出し部

この部分は、ボールを捕球して随時、発射部へボールを送り出す機構です。ボール捕球数は約70個です。丸板にボールが入る穴を6個設け、ギヤモーターで丸板を回転させます。ボールが一杯になった状態で、ギヤモーターを回すと、トルクが足りず、ギヤボックスを変えたり、ギヤ比を変えたりしました。最初は乾電池を使っていましたが、ボールが少なくなると負荷が軽くなって回転が速くなり、ボールを送り出す間隔が均一ではありませんでした。そこでモバイルバッテリーを使って電源を安定させました。また、ボールを捕球する部分は100円ショップのバケツで作りましたが、同じサイズのバケツがいつも販売されている保証はなく、また、見栄えもよくないなぁと思ったので、MDF材で正八角形の箱を作りました。ギヤモーターの振動で音が大きくなるのではと思い、ギヤモーターとMDF材の間に3mm厚のゴムシートを入れて振動を抑えています。案外、効いているようです。

 

 

 

架台部

この部分は、払出し部を固定する機構です。ボール発射角度を上下30°として制御部を収納しています。モーターの振動で音がするのと、徐々に自作卓球マシンが動いていくのではないかと考え、また、卓球台に傷をつけないためにも台の下はゴム足を使いました。実際に使用したときは振動音は気にならず、動くことはありませんでした。

 

 

 

発射部

この部分は、ボールを発射させる機構です。発射部は、払出し部の塩ビパイプと接続しホースバンドで固定します。ボールの回転方向は、ホースバンドを緩めて発射部を回転させます。また、ボールが不用意に飛び出さないようにゴムバンドでボールを押さえています。

 

塩ビパイプにモーターをどうやって取り付けようかと悩みました。当初、ボールに回転を与えるタイヤは、硬度のあるゴムタイヤを使いました。しかし、その調整が微妙で、ボールの落下位置が前後左右に振れてしまいました。どの程度、ばらついているのかデータを取ろうかと考えましたが、データを取る方法が思い浮かばす、データを取ってもそのデータをどのように活用していいのか、データから何が見えるのか、わかりませんでした。硬度のあるゴムタイヤのときは、モーターのシャフトに直角に負荷がかかる（上回転にしているときは下の方から上にかかる）ので、モーターは後ろの方に力がかかり軸がぶれ、モーターと塩ビパイプの固定をちゃんとしないといけないのですが、それにより若干、軌道がずれると思います。また、塩ビパイプの内径が44mm、ボールの直径が40mmなので、その差4mmも影響していると思います。そこで、ちょっと柔らかいスポンジタイヤに変更したところ、少し軌道は安定しましたが、やはりスポンジなのでゴムタイヤより摩擦が少なく回転数は落ちるようです。

 

回転しているタイヤにボールが当たり、摩擦によってボールに回転を与え、発射されます。そのとき、モーターは回転数が落ちます。モーターは定格電圧を与えられているので定格で回転しようとするため、電流（電力）を必要とします。ボールの払出し間隔が短くなると、モーターは減速回転と定格回転の繰り返しも短くなります。乾電池では、急に電流を流すと内部抵抗により電圧降下を起こすため、モーターにかかる電圧が下がるので、すぐに定格回転にならず難しいようです。ここも払出し部と同じようにモバイルバッテリーを使って安定させました。

 

自作卓球マシンでは、ワンモーター仕様ということもあり単調な回転しか出せず、ボールの回転数を上げることでスピードを上げ、回転数を下げるとスピードも下がります。実際の卓球では、ボールのスピード、回転数、回転方向があります。相手の振りを見て球質を判断したり、自分のコートにボールが入ってきて、その跳ね返りで何となくこれかな？と見極めたりして、返球するラケット角度、ラケットを振り抜くスピードを決めると思います（私の永遠の課題です、トホホ．．．）。ループドライブ等は、スピードを抑えて回転数を上げていますが、自作卓球マシンで、ループドライブが出せたら、カット打ち、ブロック等の練習になるので、できたらいいなぁ～と思っています。

 

 

回路図

フリーウェアのKiCadを使って回路図、プリント基板パターン設計をしました。マイコンにATMEGA328P-PUを使い、内蔵クロック、8MHzとしています。マイコン電源に単3乾電池を4個使って6Vとし、直列にダイオードを入れて約0.7Vの電圧降下をさせ、約5.3Vとして使っています。ボールを払出しするモーター、発射部のモーターの駆動には、東芝TA7291PというモータードライバーICを使い、マイコンのPWM機能を使いました。ATMEGA328P-PUマイコンは、8MHzの場合、3.3Vで動作させることができるので、単3乾電池を2個使って3V電圧と考えていましたが、モータードライバーICのロジック側電源電圧が最低4.5Vなので単3乾電池を4個使いました。また、ATMEGA328P-PU (Aruduino) のソフトウェアーについては、元々、ソフトウェアーを作るのが得意ではないので、スパゲティプログラムとなってしまい割愛させて頂きました。

 

 

 

プリント基板パターン図

基板は転写シートを使って製作しました。基板の作り方については、「転写シートを使ったプリント基板の製作」を参照ください。

 

 

全体配線図

全体の配線図です。

 

 

全体のイメージを描きながら、機構・組立設計をして、バラシ図面を書いています。試作をしては検証して、都度、図面に反映していますが抜けている箇所もあるかと思います。また、機構部分に関しては、特に必要な箇所以外、細かなネジ等は図面に記載していません。

 

次のバージョンとして、首振り機構、多彩な回転、練習プログラムパターン設定を考えていますが、卓球の練習に没頭するのであれば、市販卓球マシンを買った方が時間の節約にもなるし、そんなに費用もかかりませんね。また、最近の市販卓球マシンは価格も手ごろになり、よく考えられています。メーカーですから、各プロセス毎にデザインレビューをされているのでしょう。

 

しかし、色々と勉強しながら、自力で何処まで実現できるかな？という、ものづくりのプロセスを楽しみたいと思っています。これから卓球マシンを製作されようとしている方の参考になればと思います。また、卓球マシンに限らず何か、ものづくりを始めるきっかけになれば嬉しく思います。もっと面白いアイディアがあるよとか、もっとこうした方がよいとかあると思いますが、まずは頭の中にあるイメージをアウトプットして具現化し、目の前に現れるところからスタートですね。

 

 

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