自動販売機風のおもちゃの作り方

自動販売機風の自作おもちゃ 自動販売機

自動販売機の様なオモチャを作ったので、作り方を紹介します。
カードをかざすと、お菓子が出てきます。
書いたコードや回路図、機構などをまとめました。

動作デモ

YouTUBEに動画をアップしました。YouTUBEへのリンク

自動販売機風のおもちゃの作り方 How to make a toy vending machine with Arduino.

操作方法

操作は簡単です。カードをかざすと、お菓子が出てきます。

自動販売機風おもちゃ

機構の特徴

マガジンにお菓子を整列して、一つずつ押し出して切り出します。
押し出す機構は、モーターの回転から直進を取り出すスライダークランク機構です。

スライダークランク機構の模式アニメーション

詳細は後述しますが、モーターはタミヤのギヤボックスを使いました。減速機がついてコンパクトで、かなり使い勝手が良いです。

システム構成

制御には、Arduino UNOを使いました。
カードをかざす部分は、リードスイッチです。
カードの裏に、マグネットシートを貼った「非接触カードモドキ」です。

自動販売機風おもちゃのシステム構成ブロック図

回路図

下図は、回路図です。

  • モーターは、モータードライバー(TA7267BP)経由で制御しています。
  • 回転制御は透過型フォトインタラプタ(LBT-131)を使いました。LED側はIF=約10mAに設定して抵抗値を390Ωにしました。
自動販売機風おもちゃの回路図
自動販売機風おもちゃの回路図

プログラムのコード

以下は、Arduino用に書いたコードです。

処理の流れ

下図は、プログラムの流れのフローチャートです。
ブザー以降は、モーターを1回転させて止めるための処理です。
今回のモーターは直流ブラシモーターなので、電気を流してる間はずっと回り続けます。そこで、開始位置と停止位置をセンサー(フォトインタラプタ)で検知して、ON/OFFを切り替えています。

自動販売機風おもちゃの処理の流れ
自動販売機風おもちゃの処理フローチャート

「回転ステータス」は、モーターの1回転を検知するための処理です。下のステータス表の左のINPUT側の条件になったら、右のOUTPUT側のステータスを出力して、モーターのON/OFFを切り替えています。

モーター一回転のためのステータス表
モーター一回転のためのステータス表

ステータスのインプット(start_valとrotation_val)は、1回転で回転を止めるために状態を監視しています。下の写真のように遮蔽板(ドグ)を1/4カットした個所を通過すれば、回転を開始したと判断→次に光が遮られたら通電停止するという事になります。

回転の開始位置

▲ 写真の遮蔽板(ドグ)形状だと、180°しか回転しないように思えるかもしれません。
しかしモーターは急にぴったり止まれないので、惰性でオーバーランすることを想定した形状にしました。(早めに通電を止めています)

製作方法

外装

主に外装部分には、スチレンボードを使いました。

ある程度の強度もあり、扱いやすくてちょっとした模型をつくるのに役立ちます。
なにより、とても入手がしやすいです。(ダイソーなど100円ショップで調達できます)

使用したのは、以下の部位です。

  • 外側のパネル
  • ショーケース(お菓子の見本を展示する)
  • シュート(商品のすべり台)

スチレンボード同士の貼り付けには、専用のノリを使うとしっかりくっつきます。
(※以前は工用ボンドを使いましたが、今回は専用品を買ってみました)

スチのりを使ってスチレンボードを貼付

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カード

カードは段ボールに折り紙を貼って、裏にマグネットシートを貼ります。
マグネットシートも折り紙も、100円ショップのダイソーで入手しました。

機構部分

機構部分(ギヤボックスやベースプレート、リンクアーム)は、タミヤの工作用部材をフル活用しました。

自動販売機風おもちゃの機構部分

▼主な部材の品番表です。表内のリンクは、メーカーサイトへ飛びます。

ギヤボックス(含モーター)タミヤ 3速クランクギヤーボックスセット No.93
ベースプレートタミヤ ユニバーサルプレートL(210×160mm)No.172
リンクアーム不明。昔、どこかで買ったアーム
(※タミヤでも同様品があります。 ユニバーサルアームセット No.143
リンクのガイドやプッシュリベットタミヤ ユニバーサルプレート (2枚セット)No.157 の付属品
シャフトタミヤ 3mmネジシャフトセット No.171
シャフト先端の立方体サンハヤト 基板垂直取付用ブロック(6mm角) SBB-003

商品を整列するマガジンは、段ボールを折って作りました。

自動販売機風おもちゃのマガジンコンテナ

基板と配線

今回は大半をブレッドボードに配置しました。
ただ、ブレッドボードから離れる部品(リードスイッチとフォトセンサー)は、ユニバーサルプレートに半田付けして基板を作りました。

フォトインタラプタの配線例
フォトインタラプタの配線例

基板製作時はスズメッキ線を這わせて、なるべく半田付け個所を少なくするようにしました。

半田付けの様子の写真にごちゃごちゃモノが写っていますが、これは基板がフラフラ動いてしまうので置いたオモリです。

コネクタは、Qiコネクタを使っています。電線の被覆を剥いて、専用の端子をカシメて作ります。
逆付け防止機構が無い、というデメリットがありますが工作には便利です。

▼方法は、ショップのデジットさんのブログが詳しいです。

▼通販でも買えます。

精密圧着ペンチ
大好評「PA-20」精密圧着ペンチの進化版。4つのダイス(幅:1.6/1.9/2.2/2.5)を使い分ける事によりAWG

使う主な工具

はんだごて

フォトインタラプターの基板作成などに使いました。火傷には気を付けて下さい。
私はHOZANのキャップ付きハンダゴテ H-250を使っています。

H-250 / H-251 キャップ付ハンダゴテ 【HOZAN】 ホーザン株式会社

特に不満があるわけではありませんが、これから買うなら温度調節機能付きの方がよいかもしれません。

カッターナイフ

スチレンボードをカット

スチレンボートを切るのに使います。
今回は思い切って大き目のカッター(オルファ スピードハイパーL型 226B)を買ってみました。手にしっくり馴染んで切れ味も良く、使いやすくて気に入りました。

スピードハイパーL型|オルファ株式会社 【公式サイト】
オルファ株式会社は世界で初めてカッターナイフを発明したメーカーです。刃先をポキポキ折ることで最後まで切れ味を持続させる方式を考案、 世界初「折る刃式カッターナイフ」が誕生しました。現在、世界百ヶ国以上に輸出するまでになったほか、オルファの刃のサイズ、折れ線の角度が世界標準になっています。
オルファ OLFA OLFA スピードハイパーL型 226B
楽天ビック(ビックカメラ×楽天)

圧着ペンチ

QIコネクタを使って配線を作る際のカシメに使いました。
エンジニア社のPA-21という精密圧着ペンチを使いました。

精密圧着ペンチ PA-21
  落下防止に便利な ストラップ穴付き     ダイスは専用工具並の 高精度仕上げ。    肉薄仕上げで極小ピンの 圧着に最適。   芯線・被覆共に 高精度圧着ができます。 &...

ワイヤストリッパー

配線を作るなら必須です。被覆を剥き剥きします。
VESSEL社のワイヤーストリッパー No.3500E-2を使いました。

ワイヤーストリッパー No.3500E-2(単線・より線用) | 玄人魂 | ハンドツール | 製品情報 | 株式会社ベッセル
ドライバー、ビット・ソケット、エアーツー...

製作後の感想

いざ完成してみるとシンプルですが、検討から製作、動作まで結局ひと月ほどかかってしまいました。
一番時間がかかったのは、制御プログラムでした。一回転して止まって待機……が何故かなかなか上手くいかず意外に苦戦しました。
モーターが止まらなくなったり、ブザーが鳴りっぱなしになったりして焦りました。

また本来はカード部分をRFIDのキットを買って試そうと思っていましたが、時間が無くて見かけだけのリードスイッチ仕様になりました。これはこれで、モドキっぽくて面白くて気に入ってます。

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