今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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リンク機構のアニメ化~ベビーカーの折りたたみ動作
【今日の料理】 2011/1/14 夕食
 今日は,妻は娘(11.1ヶ月)を連れて,育児仲間とランチでした.
 その間,私は,大宮までパンツ(ズボン)を探しに行きました.大宮は,すごい人出でした.熊谷に暮らしていると,人ごみを見ることがないので,人が多いと,歩くだけで気疲れしてしまいます.昼前から夕方までかけて,なんとか1本だけ買えました.私は体がガリ痩せなので,ちょうどよいパンツが,なかなか見つかりません.
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★米飯

★すまし汁,こまつな・厚揚げ

★さば干物
 鹿児島産の,少し贅沢な干物です.「黒酒」を使っているそうです.1枚=398円を,妻と2人で食べました.肉厚で,ほどよい味付けで,とてもおいしかったです.

★ゆでさつまいも

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【今日の育児工学】 リンク機構のアニメ化~ベビーカーの折りたたみ動作
 前回に引き続き,「育児工学」です.前回は,ベビーカーの折りたたみを実現する「リンク機構」について,調べました.
 今回は,このリンク機構による折りたたみの動作を,パソコン上でシミュレーションしてみます.


★ベビーカーのリンク機構
 図1は,私の所有するベビーカーです.
<図1>
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 このベビーカーの,折りたたみのためのリンク機構は,下図2のようになっています(前回参照).
<図2>
20120114z11.jpg
 このリンク機構は,次のような構成です.
 ・リンク(棒)の数  :8個 …図2の黒線
 ・節点(回転ピン)の数:6個 …図2の赤丸


★リンク機構の動作のシミュレーション
 リンク機構の動作をシミュレーションするためには,各節点の座標(横方向・縦方向)を定める必要があります.すなわち,節点の数6個×2方向=12個の座標値を,定める必要があります.
 各リンクは,2個の節点を含みます.したがって,1個のリンクによって,2個の節点間の距離が,一意に定まります.リンクの数は8個ですから,12個の座標値に対して,8個の方程式が得られます.これによって,独立に定められる座標値は,12個-8個=4個,となります.
 また,リンクの動きを調べるときには,どれか1個のリンクを,空間内に固定します.固定は,横方向・縦方向・回転方向(リンクの角度)の,3方向です.この固定は,3個の方程式で表されます.これによって,上で残っている4個の座標値のうち,3個が定まります.結果として,4個-3個=1個の座標値だけが,独立に定められる座標値となります.すなわち,このリンク機構の自由度=1,です.

 例えば,図2の,ハッチングをした三角形の下辺のリンクを,空間に固定するとします.
 そうすると,ほかのどれか1個のリンクの節点の横方向または縦方向の座標値を定めると,全ての節点の座標値が,一意に定まります.例えば,大きい赤丸の節点の横方向の座標値を定めると,この節点の縦方向の座標値が一意に定まり,かつ,ほかの節点の全ての座標値も一意に定まります.
 大きい赤丸の節点の横方向の座標値を定める代わりに,図2の角度θを定めても,すべての節点の座標値を定めることができます.

 以上を踏まえて,次のようにして,リンク機構の動作をシミュレーションしました.
)ハッチングをした三角形の下辺のリンクを,空間に固定する.
)同リンクの左側の節点を原点として,リンクに沿って右向きにx軸,これと直角上向きにy軸をとる.
)角度θを,適当な値に定める.
)そうすると,幾何学的な関係から,全ての節点の位置が定まる.
)θを40[deg]~160[deg]の範囲で,10[deg]キザミで変化させて,各値のときのリンク機構の形状を調べる.


★リンク機構の動作のアニメ
 シミュレーションの結果を,下のアニメ(動画)で示します.このアニメは,エクセルのグラフ機能で作成した複数枚の静止画を,フリーソフトで動画にしたものです.

 上のアニメでは,固定するリンクを,計算が簡単になるように選びました.このため,ベビーカーぽさが,欠けているように感じます.
 2つの車輪が常に接地するように,座標系を移動・回転させると,下のようになります.こうすると,ベビーカーらしさが出ます.



★実際の折りたたみ動作と比較してみる
 実際のベビーカーで,折りたたむ動作を撮影しました.下の動画です.

 説明書の通りに操作すると,片手でも,ベビーカーを折りたたむことができます.(実は,この記事を書くまで説明書を読んでおらず,いつも両手で苦労しながら,折りたたんでいました.)

 この動画を見ると,たたむときには,ハンドルの部分が,地面に対して,常に一定の角度を保っているようです.そこで,シミュレーション結果のほうも,ハンドルの角度を一定にしてみました.下の動画です.

 「ペシャリ」と折りたたまれるベビーカーの様子を,うまくシミュレーションできました.


【今回の結論】
 ベビーカーの折りたたみは,リンク機構で実現されています.
 リンク機構の動作は,コンピューター上で,シミュレーションできます.


育児休業をとって,はや11ヶ月.
ようやくベビーカーのたたみ方を覚えた育休おじさんを,応援よろしくお願いします.
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