ロボジョイちゃれんじ教室

2-2 メカメカ入門

第4回 自由に曲がれる車作ろう - その2

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さて、さっきのマシンの後輪はナゼ1輪か?

その理由を説明する。
まず、下の写真に注目。
こんなふうに車が曲がるとしよう。

後輪部分だけをとりだして、その動きを見てみよう。
曲がったとき、外側になるタイヤは、むらさき色の線の長さを走ることになる。
一方、内側のタイヤは青い線の長さを走る。
あきらかに走る長さがちがうよね。
タイヤの直径は同じだから、外側の内側とタイヤで回転する量が違っているということになる。

さて、たとえば下の写真のようにモーターにタイヤを付けたとしよう。
2つのタイヤはシャフトでつながっているから、タイヤはどちらも同じ量の回転しかしない。
まっすぐ走るときはまったく問題ない。
でも、曲がろうとすると、とたんに問題が発生する。
内側と外側のタイヤが同じ量しか回転しかしないということは、両方のタイヤの走る長さは同じ長さになる。
これじゃあ曲がれない。
強引に前輪で向きを変えて、ムリに曲がれば、外側、内側どちらかのタイヤがスリップすることになり、
とても効率の悪い車になってしまう。

さっきの車は、この問題を解決するために「1輪」にしたんだ。
1輪なら、「外側、内側」という問題が起こらないから、スムーズに曲がれる。
でも、前後輪合わせて3輪車になるため、バランスがとても不安定になる。
高速で曲がろうとすると、横転しちゃう。

後輪もちゃんと2輪にするときには、「ディファレンシャルギア」というものを使う。
残念ながら、MINDSTORMS NXTの基本セットには入っていない。
教育用の拡張セットに入っている部品だ。

このギア、ちょっとカッチョいいでしょ。
このギアを使って実験してみよう。下の写真のようなものを作ってほしい。

できた?
できたら、このモーターをNXTにつないで、このモーターを回し続けるプログラムを作って転送。
パワーと向きはご自由に。

こんな向きにマシンを置いて、プログラムをRUN。モーターが回りはじめたら実験開始。
左右に付けたの24歯ギアがタイヤだと思ってちょうだい。



◆何もしないとき

左右のタイヤは、同じ早さで回っているね。
これは、車が直進するときの状態だ。

◆両方のタイヤを止めてみる

手で左右両方のタイヤをおさえて、回転を止まるか確かめよう。
両方のタイヤを同時に止めることはできないことがわかるね。

◆片方のタイヤを止めると

今度は、右側のタイヤだけをおさえて、回転を止めてみて。
右側のタイヤが止まると、左側のタイヤの回転が速くなるのがわかるはず。
速さは2倍になっているんだ。
左側のタイヤを止めたときも、同じ動きになることを確認しておこう。

◆片方のタイヤのスピードを遅くすると

今度は、右側のタイヤにそっとふれて、止まらないぐらいにスピードを遅くしてみて。
右側の回転が遅くなった分だけ、ビミョーに左側の回転が速くなるはずだ。
実は、この状態こそ「左右の回転する量が違う=左右のタイヤの走る長さが違う」という車が
曲がるときの状態なんだ。

ディファレンシャルギアは、このように「モーターの回転を、左右のタイヤにうまくふり分ける」という
仕事をしている。

今、きみの回りを走っているほとんどすべての車に、このディファレンシャルギアが入っている。
(カーブを曲がれない車じゃ困るもんね‥)

ディファレンシャルギアの役割は理解できたかな?
今回はここまで。

来月は、このディファレンシャルギアを使った車を作ってみよう。

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