まえがきFAB3Dコンテスト2017から早いことでもう一年。今年もこの季節がやってまいりました!!!この一年間、ファブラボでは3Dプリンターやレーザーカッターを使いこなせるようにになり、プログラミングも学ぶことができました。電子工作の分野でも最近ではオタクになりつつあり、家がだんだんと部品の山になっている現状です(それはそれでいいことですが)。今の自分は昨年の自分よりもはるかに成長していることは確かです。その成長を確かめるためにも、そしてまた多くのことを学ぶためにも、また今年もファブ3Dコンテスト2018に向けて制作することを決意しました。́∀`)!!!前回について昨年は、未来の楽器「手ルミン」を制作しました。音も形も可愛い、そんな楽しい楽器を作れたなと思っています。コードがあったり、あまり目立たなかったりと改善したい点も沢山ありました。今回はそれらの反省点を生かしてよりより楽器を作っていきます。「見ただけで演奏したくなる楽器」って?斬新なデザインだとみんなの目を引けそう→演奏スタイルが斬新だったら面白いかも!→体の動きを音にしたい!!完成イメージ!前回の楽器の反省点も生かして今回の楽器のイメージはこんな感じなるべくコードなどの配線を外に出したくない(無線化する)色々な演奏スタイルを楽しめる。前回の手ルミンでも用いた、シャープ製の距離センサーを使いたいと思います。このセンサーは、アナログ電圧出力だけでなく、デジタル(I2C)通信もできる上、サイズも小型です。息の強さ(息圧)を測れるセンサーを探したのですが、なかなか見つかりませんでした。(泣)そこで、今回は大気圧センサーを用いて息圧を計測してみようと思います。実際に息圧を測れるかは分かりません。Miniなど色々な種類がありますが、今後回路設計などをしていくときに何を使うかは考えていきたいと思います。Nanoを使いたいなぁと思ってます。音を出すには?tone関数の問題点Arduinoで音を出すといえば、tone関数がありますが、これにはある問題点があります。tone関数の波形は、短形波なので、音がポツポツと聞こえることがあります。楽器は綺麗な音が命!サイン波など他の波形の音を出したい!音響合成ライブラリー『Mozzi』Arduinoからサイン波などを出すには、Mozziというライブラリーを用います。基本的な使い方としては、ライブラリーをインクルードするだけですが、ライブラリーの性質上様々な制約があります。AnalogWriteができないDelayが使えないなどいくつかあります。制約は多いですが、非常に使いがいのあるライブラリーだと思います。音響合成ライブラリー)Mozziトワイライトを使ってみよう!ArduinoでBluetoothモジュールなどの無線装置を使ったことがないので、人生初のことです。実際に、演習をして、制作に望むことにしました。LEDをつける・消す無線でLEDをつける・消すをしてみました。トワイライトでは、アナログ入力を使ってないときは必ず電源に繋げなければならないそうです。アナログを送信するトワイライトでは、入力側ではセンサーからのアナログ値を直接入れることができます。出力側では送られてきた値がPWMとして出てきます。そのため、PWMをアナログに変換することが必要です。今回は、変換回路として抵抗(10KΩ)とコンデンサー(0.01μF)を使います。各種センサーをブレッドボードに載せて、配線を確認します。右の図は、加速度センサーを載せてみた例です。問題発生!?息センサーという名目のセンサーが売られてないため、今回は大気圧センサー(BMP180)を使おうとしました。このセンサーは、I2C通信を用いるため、通常であれば、簡単に使うことができます。今回は音を出すために音響合成ライブラリー「Mozzi」を用いますが、そのライブラリーの制約として”I2Cが使えない”ということを初めて知りました。これは内部的な問題のため、マイコンの書き込みの際はエラーが出なかったので、原因究明までとても時間がかかりましたが、オシロスコープの使い方を学べたので良かったかなと思います。息圧を調べるために、また別の方法を考えないといけません。ユニバーサル基板に実装ユニバーサル基板にセンサーを実装しました。センサー識別のために、デジタルポートを2つ用い、それらのポートのそれぞれのON・OFFを調べて識別しています。この加速度センサーモジュールでは、2つのポートをGNDへ繋ぎ、ONとONにして区別しています。Arduinoも自作しちゃおう!随分前に秋葉原に行ったときに、Atmega328P-PUを買ったのですが、ブートローダーを書き込んだだけで、放ったらかしにしていました。マイコンボードも自作しちゃおうぜ!という謎思考から、自作することにしました。回路を設計するArduinoはオープンソースなマイコンボードなので、回路図もググれば出てきます。参考程度までに、回路図を書いてみました。ブレッドボード上で組むマイコンを初め、水晶発振器(※Mozziを用いる場合は、動作周波数が16MHzでないといけません)などいくつかのパーツを組んでいきます。5Vを作るために、ちゃんとレギュレーターも載せました。作るときは、とことん細部までこだわるのが自分の性格です。書き込みには、FTDI(FT232RL)を用いて書き込みます。USBシリアル変換モジュールいよいよユニバーサル基板にはんだ付けブレッドボード上で配線を確認したので、いよいよユニバーサル基板に実装します。今回は、挑戦も兼ねて、かなり小さいユニバーサル基板につけていきました。火傷には要注意ですね(冗談抜きで熱いので。(だって350°Cですよ!!))あと、なかなか写真もインスタ映えです笑3端子レギュレーターをチップ化3端子レギュレーターが大きくドーンと乗っかっているのが気になったので、チップレギュレーターを用いることにしました。ユニバーサル基板上では初のチップ部品となるので緊張しました。精密ピンセットで押さえながらつけるとうまくいきました。5Vも取れていたので一安心です😋Lチカでテスト自作ArduinoでLチカをしてみました。今後自作Arduinoのことをなめちゃんでいいのと呼んでいきます笑(というのも、なめ・なめちゃんは何世代か続くあだ名であり、また、某有名Arduino互換機もこういう感じの名前なのでこうなりました)アンプも自作したい!なめちゃんでいいのを作ってみたら、「自作めっちゃ楽しいじゃん」と感じ、自作することにハマってしまいました。アンプも自作しちゃおうと思います。そもそもアンプって何?アンプという言葉は、「増幅する」という意味のamplifierから来ています。その名の通り、音を増幅するための装置なのです。Arduinoが出せる音の信号は非常に小さいため、そのままではスピーカーから音を出すことはできません。そこで、アンプを通すことで、信号を増幅し、音を出すことができるのです。アンプを自作しよう!今回は、アンプICを用いて、アンプを作っていきます。ネット上には多数の回路図が載っていますが、増幅率が高くて、音が綺麗に出せそうな回路を使います。右のような回路を作ります。半固定抵抗)10kΩスピーカー)8Ω8Wはんだ付け先程書いた回路図をもとに、はんだ付けしていきます。ユニバーサル基板へのはんだ付けはもう慣れてきたので簡単にできました。綺麗にはんだ付けできるようになったなぁと自分でも思います。フィルターも載せる音響合成ライブラリー「Mozzi」を用いると、人によっては、高周波(16KHz)の音を感じることがあります。その音を除くため、ノイズカットフィルターを実装します。電解コンデンサー)0.22μFセラミックコンデンサー)0.1μF、0.001μFMozziノイズカットフィルター)完成!アンプとフィルター回路を含め、すべて一つのユニバーサル基板に実装できました。音がならない!?アンプを実装してテストしたときには音が出たのに、その後、フィルターを載せた途端に音が極端に小さくなりました。回路を間違えた、または、フィルターによって出力が小さくなった、ことが考えられます。調べたところ、フィルターの回路図を見間違えていました。それを直したところ綺麗に音を出すことができました(一安心です・ω・)。トワイライトシールドを作るトワイライトは何かと、配線が多く、ブレッドボード上で配線すると線が多く、何がなんだかわからなくなてしまいます。すると今後、GNDと電源をつなぎ間違えるという被害が出そうなので、さっそくユニバーサル基板にはんだ付けしちゃおうと思います。トワイライトはアンテナ付きから、アンテナプリント済みのトワイライトに交換しました。はんだ付けトワイライトもはんだ付けしていきます。PWM変換回路などつなげる箇所が多いので配線ミスをしないよう気をつけました。下にあるなめちゃんでいいのにも刺さり、自作Arduinoの自作無線シールドってところです笑ちなみに、トワイライトの電源は3Vなので、LEDは抵抗をつけなくていいと思っていましたが、抵抗を付けないとトワイライトに多くの電流が流れてしまい、最悪の場合にはトワイライトが壊れてしまうそうです。定格電圧を守るだけでなく電流も大事ですね。以前に、センサーのシールドを作ったのでそれに合わせて配線しました。音を出す・出さないを制御できるようにタッチセンサーもつけました。ちなみに、電池ケースは3Dプリンターで以前自作したものです。ベニヤ板楽器!!!個人的に好きなYoutubeチャンネル「吉田製作所」では、ベニヤ板に、マザボやら電源やらをくっつけ、ベニヤ板PCというものを作ってます(わからない方はググってください)。言うとそのノリで作ってみました。(ベニヤ板ではなく、ダンボールですが....)それはさておき、こうした方が、配線もわかりやすくゴチャゴチャしないので、得策かなと思います。タッチセンサー)問題発生!?!?今回は、なかなか重度な問題です。ユニバーサル基板にせっかく実装したのですが、無線通信ができません。→トワイライトが壊れた配線ミスを確認したのですが、ミスは見られませんでした。再度ブレッドボードで組んでみるとちゃんと動き出したので、トワイライトの故障の可能性は低いです。いうことは、やはり配線ミスでしょうか?リセットが原因!色々と探ってたら、トワイライトをリセットしてあげると動き出すことがわかりました。マイコン(今回のトワイライトもマイコンです)では、リセット関連でトラブルの種になることはよくあるらしいです。マイコンでは電源が正常電圧になるまでの間は、リセットをし続けないと、マイコンは正常電圧よりも低い電圧のときから動き出し、不安定な動きをしてしまいます。さきほどの無線シールドでは、レギュレーターなど電源周りが複雑で動作が不安定なのだと考えられます。自動的にリセットを掛けたい!リセットをすれば治るので、起動時に毎回リセットをしてあげればいいのです。考えた末、リセットICとかを使うよりも、ArduinoのいずれかのI/Oピンにトワイライトのリセットをつなぎ、起動時にそのピンをLOWにしてあげることにしました。結果、この問題を解決することができました。(さぁ、次はどんな問題にぶち当たるかなぁ)改めて息センサーをどうするか考える息センサーというものが手に入らないということで、大気圧センサーを使おうとしましたが、Mozziの特性上I2C通信ができず使えませんでした。マイクロモーターを使おうモーターはプロペラなどをつけて回すと発電します。そこで、マイクロモーターに3Dプリンターで作ったプロペラを付けて、息を吹きかけて発電し、その生み出した電圧をArduinoのアナログポートで読み取るという機構を考えました。小型DCモーター)プロペラを作るいかに効率的にモーターを回せるかが課題です(そうでないと酸欠になって死んじゃいます笑)風力発電所で使われているプロペラや飛行機のプロペラなどネットで見ながらモデリングしました。息圧センサーモジュール完成!プロペラを何回か作り直し、最良の形にしました。ユニバーサル基板上には、逆流を防ぐためのダイオードなどを載せました。意外といい感じできてよかったです。スイッチングダイオード)抵抗)10kΩセンサーケースを作る息センサー・距離センサー・加速度センサーがようやくモジュール化したので、センサーのケースを作っていきます。各センサーに合わせてモデリング各センサーの寸法を測ってモデリングしました。すべて同じ大きさのユニバーサル基板を使ったので、設計はだいたい同じです。ケースを2つに分けてそれぞれをタッピンねじで止めようかなぁと考えています。(写真の穴はそれ用の穴です)タッピンねじ)3mm×12mm完成!最近、モデリングの腕が上がってきて3Dプリントしても大きな失敗をすることが少なくなってきました。全て出し終え、はめてみましたがめちゃくちゃいいです~!イロトリドリ♪♪で可愛いです!送信側のケースも作る!いろいろと形になってきたので、次は送信側のケースを作っていきます。今回は、レーザーカッターを使って作っていこうかなぁと思います。MakerCaseという神なサイトから、四角いケースのデータを作ります。その後、そのデータをInkscapeで開き、スイッチやメスピンソケットを出す穴などを開けます。レーザーで出力レーザーカッターの使い方ももうお手の物です。3mmのアクリルを使って、出してます。(3Dプリンターも欲しいけど、レーザカッターも欲しいなぁ、なんて最近妄想してしまう自分は一体...)完成!(だけど...)何回か微調整を繰り返しましたが、なんとか完成です。確かに中が透けててかっこいいんですが、何かちょっと物足りない感じがしました。透明であることで、安っぽさのようなものを感じてしまうのだと思います。一度デザインから考え直してみます。3Dプリンターを使おう!レーザーカッターが嫌なら3Dプリンターを使おうという単純な発想で、3Dプリンターでケースを作ることにしました。寸法などは、レーザーカッターで作ったときと同じなので、簡単にできました。送信側ケースを作った際にも使った、MakerCaseを利用して立方体の箱を作り、Inkscapeで編集しました。最終的には、センサーに合わせてLEDを光らせたいので、和風な模様をくりぬいてみることにします。レザーで加工レーザーカッターで加工します。今回は、木目調の楽器にしたいので、mdfとかでなく、合板を使いました。木の味が出ていて素敵です(^ω^)完成!(なんだけど...)完成して組み立ててみたのですが、こうしてみるとちょっと木の良さがうまく出てないように感じました。木目をもう少し際立たせたいです。ニスを塗ろう!以前、ダイソーに行った時に、工具売り場の下の方にニスが売っていて、いつか使いたいなぁと思っていました。いうことで、ダイソーに行き、ニスを買い、塗ってみたところ、想像を遥かに超える完成度になりました!!大満足です!!CUBEsの彫刻もいい味ですLEDを光らせたい!完成に近づいてきたところで、改めてはじめの方に考えてい、未来の学校の構想案を見返しました。いえば、LEDの件を忘れてたので、今から作ります。どんなLEDを使おうか?LEDと言っても、実はいろいろな種類のLEDがあります。ポピュラーな赤や青、RGBといったものなど様々です。今回は、沢山のLEDが連なっていても簡単に扱うことのできるマイコン内蔵LED”NeoPixel”を使いたいと思います。NeoPixelは、電源・GND・信号線の三本で操作でき、スマートです。ライブラリーをいれるだけで、すべてのLEDを一括に制御できます。LEDテープ壁に当たる!(ゴッツン)また壁に当たりました。想定してたことなんですけど、MozziとNeoPixelのライブラリーは一緒には使えませんでした。いうことで、Arduinoをもう一台作り、NeoPixelようにしたいと思います。再度、Arduino自作またまたArduino自作です。二代目なめちゃんでいいのとでも言うことにします笑いつか、売り出したいですね~wシリアル通信とNeoPixelシリアル通信でセンサー値を送信してあげようと思ったんですが、今度はNeoPixelのライブラリーと干渉してしまいました。そこで、最終作として、一台目なめちゃんでいいのにつながっているトワイライトのデジタルアウトポートから直接二代目につなぐことにしました。試して見たところなかなかいい感じにできました。組み立てるぞー!ようやく終盤です!いざ、組み立てに入ります!組み立て組み立てというか、箱の中にうまく収納させるだけなので、簡単です!パーッとツッコんで(※ココらへんの性格は雑です)いい感じにできました。後悔...まぁ、これは僕が悪いです。いうのも、テキトーにパーツを詰め込んで電源を入れたら、タッチセンサーがピ,ピ,ピピピ,ピッピと何やら挙動不審な動きを仕出しました。原因不明です...かなりの時間検査につぎ込んだところ、スピーカーのケーブルや他の電源ケーブルなどで、電磁誘導が起きて、タッチセンサーを誤動作させていました。配線等、組み立てのときは、超スーパー綺麗に詰め込んであげないとだめですね。完成!いろいろと事故ったので、再度壊して組み立て直しました。今回は、うまくいきました。マステを若干貼りすぎた感がありますが、タッチセンサーも快調に動いているのでよしとします。以上完成です!!なんか、こう見るとデスクトップパソコンに見えますよね??少しだけプログラムについて話ときます正直言ってプログラミングはあんまり好きではないです。僕にとってのプログラミングはものづくりをするためのツールであってマテリアルではないです。ここでは、僕のものづくりについて話したいと思ってます。よって、ここで詳しい説明をするのは自分の性に合わないので割愛します。_)m完成!!!!!!!!!!!やったー完成しました!!!!!嬉しい、嬉しすぎる!!見た目も最高だし、自分でもこれはすごいと感じます!!送信側についてタッチセンサー(くぼみ)に触れると、音がなり始めます。以下の説明はかなり雑ですがれ、それしか言えないぐらい演奏が簡単ってことです。息を吹きかけるだけです!※注意:酸欠には気をつけてね受信側について送信側・受信側ともに電源をいれると自動的にリンクします。演奏をお楽しみあれ!全面のタッチセンサーについて今回の自慢ポイントなんですけど、ボタンとかをなるべく表に出したくなかったので、こういう形になりました。木を触るだけで色々と変更できるので、なかなかスタイリッシュですよね↑ボタンを触れば音量が上がり、↓を触れば音量が下がります。一つのボタンを押せば、音階を変更することができます。演奏してみよう!!!!いざ、演奏してみます!本当は、すべてのセンサーでオーケストラ的なことをすることが夢だったんですけど、やってみたら、音がゴチャゴチャになって聞き取れなかったので、距離センサーでやってます。見にくいですが、LEDの色が綺麗に変わっていることにも注目してください。毎年恒例となりそうな、闇の演奏者による、カエルの合唱の演奏です!感想を語ります!今までの感想を語らせてください!長くなりそうですが、頑張って読んでください!成長を感じる今年の5月から始まった、CUBEsの製作はようやく終了しました。僕が、今回ファブ3Dコンテストに応募しようと決意した理由、それは自分の成長を感じるためでした。製作中色々な場面で、成長を感じられました。去年の夏休み終わり、僕は学校の先生に紹介を受け、ファブラボに通い始めました。3Dプリンターやレーザーカッターなど初めてみる物たちにとても感動したのをよく覚えています。それが今では、自分で好きに動かせるようにまでなることができました。その答えは今までファブラボで出会った「人」に関係していると感じます。ファブラボで作業していると、「何作ってるの?」という一言から、会話が広がります。その会話から新しいアイデアや改善点などが見つかります。この繰り返しが、僕に大きな影響を与えるとともに、製作物をよりよくしていったのではないでしょうか。ファブラボという素晴らしい環境、ファブラボという素晴らしい作業場、こんな素敵な場所に出会えて僕は本当に幸せです。制作は終わらない!冒頭で、制作終了と述べましたが、制作は終わりません!制作物は、どれもまだ最高のものではありません。僕が作りたいものとは、誰もが認めてくれるもの。これは、楽器に限らず、これから色々なものを作っていく中でいつも大切にしていきたいモットーです。これからも制作を頑張ります!まとめ今までCUBEsを制作してきて、エラーが分からず、もう投げ出したくなることが多々ありました。そんな中でも僕が制作を続けてきた理由は、エラーの先に完成があり、その先に喜びや楽しさがあることを誰よりも知っていたからだと感じます。自分はこういったものづくりを初めてまだ一年ですが、この短い間でとても多くのことを学ぶことができました。!お世話になった方々をご紹介します!ファブラボ鎌倉&山本さんファブラボ鎌倉の皆様へ!かれこれもう通い始めて一年ですね。この1年間で本当に沢山のことを学ぶことができました。ファブラボで人生が変わったと言っても過言ではありません。山本さんには、一番お世話になりました。エラーが出た時、配線でわからなくなった時、色々と丁寧に教えていただきありがとうございました。今後も色々なこと学ばさせていただきます。これからも、色々なものをファブラボで作っていきます!よろしくお願いいたします!ファブラボ鎌倉3Dプリンター&レーザーカッターもうこの2つは僕の相棒と言ってもいいでしょう。本当にありがとう!その他の皆様!その他にも、多数のサイトや友達、先生にも色々とお世話になりました!ありがとうございました!最後に一言!もう最後かぁと思うと、なんか寂しいです(泣)最後に一言です。最高だぁーーー!!!。