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ユニバーサルジョイントの遊び

ユニバーサルジョイントの遊び、3種類。
(1)外側のU字金具と内側のサイコロ駒との隙間、これが一番大きい
(2)外側のU字金具と軸のピントの隙間、ごく僅か
(3)軸のピンとサイコロ駒の軸穴との隙間
e-41.gif

とりあえず(1)外側とサイコロ駒の間に0.1mmほどのフィルムをカッターナイフで切って作ったワッシャーを入れた。摩擦が若干でた気がするが、隙間によるズレは多少ましになった。ついでにボールベアリング穴径5.1mmとM5ボルト軸太さ4.9mmの隙間にもフィルムを挟んだ。

それでもそれぞれの遊びが合わさるとジンバル全体はグニャグニャになる。悪い意味で。
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ボールベアリングの精度

最初に買った金属製ボールベアリング(外径24mm内径8mm厚さ8mm)と先日買った樹脂製ボールベアリング(外径19mm内径5mm厚さ6mm)をいじってて思ったんだけど、樹脂製のほうはベアリングの外側と内側に僅かながら遊びがあるみたいだ。そのため穴に通した軸の角度が動いてしまう。

ということはこの先ステディカム本体を乗っけた場合もUJをベアリングに対して垂直に保てず、ステディカムの荷重が右寄りのときはジンバルも右に傾き左寄りのときは左に傾くといった具合に揺れを増幅してしまうだろう。つまり「謎の機嫌」に再び悩まされる事になる。

金属製のボールベアリングのほうは内側だけ動くことはなく、重厚感あふれる高精度を見せてくれる。やっぱボールベアリングは金属製に限るのかな。樹脂製のほうは用途のひとつに戸車用って書いてあったし、やっぱその程度なのかもしれない。

とりあえず花粉の季節が終わらないとやる気が出ない。
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RE:ステデイカムのジンバル部分の作り方を教えてください

>ステデイカムのジンバル部分の作り方を教えてください
という質問コメントが非表示で来てました。

自作ステディカムのジンバル部分の流儀はいろいろありますが、俺の場合は中央に金属製ユニバーサルジョイント、その上下にボールベアリングを配置する方法で研究中です。

他に既製品のミニ三脚を使う方法、フリーベアリングを使う方法、ロッドエンドベアリングを使う方法などもありますが、どれも一長一短というか、何が一番良いのかを多くの自作派で模索している状況だと思います。
ですので正解を、ノウハウを教えて欲しいということであれば、今はみんなでそれを考えてるところなので良かったら一緒に試行錯誤しませんか?研究ブログを開設して相互リンクしましょう、というのが返答です。

ちなみに俺の自作ステディカム動画1~3までのジンバル構成は、ベアリング(内径8mm外径24mm)とタミヤの金属製ユニバーサルジョイントでしたが、いまいち上手くいかないので分解して別の組み合わせを模索中です。
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風に強いステディカムの形状は?

唐突だが、テコを使えば蟻んこでも地球を動かせるのだ。テコの支点から力点までの距離が離れるほど力が増幅されるからね。

そしてこれが現在の俺の自作ステディカムの形状をもとに描いた図だ。んで昼間に撮影に失敗したとき、右に長く伸びた全ナットの先端付近に息を吹きかけてみたんですよ。それほど本気で力んだわけではなく、せいぜい埃を吹き飛ばすくらいのつもりで。そしたらステディカムの奴め、クルリと回りよるんですわ。
e-37.gif
つまりテコが効いたんですな。M6の全ネジ、つまり断面の幅がたった6mmしか無いにもかかわらずテコの効果が機能するとスムーズに回転してしまう。こりゃスムーズなパン操作に使えるわい。

いや、参った。薄々そんな気はしていたけれど、スムーズなベアリングの上にのったステディカムはテコの効果が加わることで風見鶏になることが証明された。

もちろん実際の自然現象としての風は一転集中で攻めてくることはなくて、ジンバル回転軸を中心とした前側にも後ろ側にも同じ方向から同じ風速で吹いてくるだろう。それでも今の俺の自作ステディカムのように片側がもう片側よりも風圧をテコで増幅する形状だと、風が吹くたびに回ってしまうだろう事は想像がつく。

これまでは「同じ重さの錘ならば、より外に配置するほうがテコが効いて効率が良い」という考えでやってきたが、「外に配置するほど風の影響を受けやすいから、同じ『重さの働き』を欲しいなら中心軸に近い位置で錘を増やしたほうが良い」という路線に変更すべきかもしれない。少なくとも前側・後ろ側の空気抵抗を出来るだけ等しくすべきだ。そして同様に上側・下側の空気抵抗も。

まぁ、俺の場合はとにかくまず信頼できるジンバルを完成させないと前に進めないんですけど。ええ。
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進捗状況2010/2/20

バランスを失ったままの自作ステディカムを見切り発車で持ち出してはみたけれど、やっぱりバランスがまるで合わなくて撮影どころじゃなかった。とりあえずステディカム全体を携帯電話で撮影して終わり。

進捗状況2010/2/20

どうバランスが狂ってるかというと、0:35からの斜めに傾いたまま回転するステディカムは0:13からの傾いていないものと調整を変えていないのだ。何も弄ってないのにあれだけ傾く。あの活きのいい傾きっぷりで横だけでなく上にも下にも傾くから、撮影どころじゃない。ブン投げたくなるマジで。ステディカムを回転させようと指で軽く押しただけでこのザマだ。指先ひとつでダウンさ、YOUはSHOCK!

なぜ錘の位置を動かさずにあれだけ傾きっぷりが変わるのかというと、ジンバル部分がおかしいからとしか思えない。きっとそうだ。せっかくボルト、全ネジ、ナット錘を自由に組み替えていろんな実験が出来るように作ったのにまるで活かせていない。泣きたいぜ。

そこでジンバル部分をやり直すため、今まではベアリングの内径8mmをスペーサーを咬ましボルトの軸を削ってUJ内径の5mmに接続していたところを、M5ボルト1本だけで固定できるように新たに内径5mmのベアリングを買った。予算的にケチって金属製でなくプラスチック製170円のを選んでみたが、許容荷重も転がりっぷりも特に問題はなさそうだ。

ただし外径が19mmになったため本体そして持ち手との接続を最初からやり直さないといけない。かなりホムセンをはしごしたが19mmのアダプタ代わりになるものは少なくて、手すりパイプの19mmソケットを買ってきたけれど穴が少し広くてグラグラする。穴の入り口(外側)は19.5mmで何とかなりそうかと思ったけど、奥に向けて少し広がっているようだ。止め輪20mmってのも買ってみたけど19mmの穴には入らなかった。けどもう一回り小さい止め輪は18mmだし…。

流用品を単にネジ止めするだけでかちっといきたいんだけど、結局細々とした現物合わせの作業が必要になるなぁ。

あと、先日トラックバックで教えていただいたとおりダイソーでポンチを買った。これはかなり便利だわ。ポンチでドリルを当てる凹みを作って、さらにピンバイスそして細いドリルから順に穴を広げていけば狙いどおりの位置に穴をあけられる。穴あけの必需品ですな。
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教えていただいたこと、気づいたこと

前回までのあらすじ

いったん途中まで作った自作ステディカムはそれなりな感じの動画を撮れるには撮れた。しかし根拠のない適当なアームの曲げ方が自分で腑に落ちず、また弓型に下へぐるりと廻したアームの先に配置した錘が走ったときの衝撃で暴れることがわかった。そこでいろいろ考えた結果、カメラの真下に垂直に持ち手が伸びる形状のステディカムの構造を単純化すると逆L字型になるのではないかという仮説にたどり着き、作成途中の自作ステディカムの形状を変更することにした。

それで形状を変更していろいろやってみたら、一度はそこそこまで取れていたバランスを失ってしまった。上部後ろ側(体に近いほう)の錘調整用のM6 100mmのボルトを285mmの全ネジにとりかえてテコを効かせてはみたものの、バランスは取れてるんだか取れてないんだかわからないし、錘を中心軸から遠ざけた副作用からステディカムの操作が出来なくなってしまうしでガッカリ。今日はお休みにしようかと思ってた。

そしたらMiD LIGHTさんからピンバイスを使ったらどうかというアドバイスのコメントを頂いた。ありがたい。早速ダイソーで1.5mmのピンバイスを買ってきた。確かにこれを使えばかなり正確な下穴を開けられそうだ。

それだけでなく今度はトラックバックを発見。辿っていってみると、なんと思い通りの位置への穴のあけ方・まっすぐに切る方法についてわざわざ写真を添えた記事を作成してくださっていた。俺号泣。何とありがたいことか。

このブログを開設して以来、一番しょーもないぼやき記事にもかかわらず二人の方から救いの手が差し伸べられるとは一体どうしたものか…と思いつつトラックバックを頂いた記事を見てたら見覚えのある自作ステディカムがあった。あれれ?ステディカムというものを自作できるらしいと知った去年の12月末頃にいろんな自作派ブログをチェックしていた中で、フリーベアリングってのが良さそうだと思っていたけどこんな高等技術が必要だなんて俺には絶対に無理だ!と尻尾を巻いて退却した凄いブログの人だ…。というかYouTubeのTim1173JBさんのフリーベア使用ジンバルを作ったTeethOfTheEarthさんじゃないっすか!!!11!1

親切なアドバイスそして突然の大御所登場に大いにビビったので、サボるのはやめて昨日の作業の続きをやることにした。



んで今日は逆L字型の両端部すなわち上・後ろ(=体)側と下・前側の錘の効果を増すため、それぞれに285mmの全ネジを取り付けてみた。おかげで約55センチ×約60センチの巨大なボディになった。んでサイズ違いの錘をつけたり外したり、位置をジンバルに近づけたり離したりしてセッティングを試した。

思ったこと
  • (昨日の続きで)中心軸から離れた錘が効いてしまい、ステディカムの持ち手を振っても本体が角度を変えてくれない。ステディカムが錘を中心にその場(空間)にしがみついているような印象
  • 上記の件、後錘に拮抗するよう前側にも同じ強さの錘を配置したら動いてくれるだろうか。その場合、本来押さえたいはずの回転運動のノイズや風に対する抵抗力は失われないだろうか?
  • 逆L字型は形状はシンプルだが、上・後ろ側を下向きに押さえつけるため錘の重量がかなり必要。現在のテスト作品のようにやらた離すか、重い鉛を使うか…。
  • 上記の件、使いやすいサイズから逆算して考えると上下に錘を配置できる弓型やコの字型は必然の形なのかも
  • ボルト・全ネジ・ナット錘の組み合わせで形状や設定を自由に変えられる仕組みにして良かった。いきなり本番を作ってたら、原因がわからないまま材料を無駄にして行き詰っていたと思う。と、上手くいかない苛立ちを前向きな言い訳で誤魔化す。
  • e-35.gif

    UJについて
    • ユニバーサルジョイントの遊びは0.3mm未満、多分0.2mmチョイだと思う。それでもバランスを調整してからUJを動かすと、僅かながらカチッというずれる感触とともにバランスが崩れる。
    • あとUJの不等速という性質からだろうか、持ち手を斜めにした状態で「く」の字に曲がったUJを突付いて回転させると「こねる」あるいは「漕ぐ」動きが起きる。そしてその時にUJの高さが変わり、それがステディカム本体に揺れを起こす。
    • となると、俺のジンバルは上下にボールベアリングをつけており抵抗は少ないはずだがゼロではないので、等速UJやフリーベアリングの存在がいよいよ気になってくる…。

    あー、もう。なかなか完成しないな。今週末にはちゃんと調整したうえでの撮影をしたかったのに!
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わかったこと色々

さきほどステディカム自作の作業を少々。

今日やったことは先日のマーリン型のステディカム形状は逆L字型が最もシンプルで良いのではないかという仮説を検証するためのアーム形状変更だ。アームの曲がっている部分をまっすぐに戻したり角度を変えたりと適当かつ力任せにやっていたら、案の定グニャグニャになった。穴あけもやっぱり位置が少しずれた。実験用のプロトタイプだから別にいいや。

形状変更によりわかったこと
  • 本番を作るときのアルミ平棒の幅は既製品の金具との組み合わせの都合から25mmとなる

んで弓形だと後ろ側(カメラの裏側、持ったときに体に近いほう)の錘が上下の2ヶ所に配置できるのが、逆L字型では上にしか配置できないためそのぶん必要な重量が多くなる。そして俺の設計思想では重量を絶対的な重さで調整するのではなく位置可変錘を動かすことでテコを効かせて相対的に重くさせている。そして上下2ヶ所あった錘を上部1ヶ所だけにしたため、その錘を支点からメチャメチャ離すことになってしまった。28.5cmの長ネジを使ってだいたい25cmくらい…

錘(約90g)を中心軸から約25cm離してわかったこと
  • 錘を離しすぎると回転防止力が効き過ぎて、逆にステディカムをコントロールできなくなる。ベアリングの摩擦があってこそステディカムのパン操作を行える。
  • 位置可変錘は単体とせず、大きな主要錘と小さな調整錘の2つにしたほうが調整が楽。
  • ステディカムの後ろ側の使いやすいサイズは脇をしめ二の腕とひじをわき腹につけた状態で体にぶつからない大きさ。傘をさすときのようにひじを体につけていれば疲れないが、ひじを離して腕を前に突き出すと腕力の持久戦になる。
e-34.gif

そして逆L字の前側真下に伸びたアーム先にも位置可変錘をつけて、とりあえずバランス調整。調整箇所を減らしたおかげで調整がやりやすくなった気がする。

バランス調整でわかったこと
  • 逆L字型にしたため前側に垂直アームと下部錘があるのに対し後ろ側は目線上下の調整錘しかない。そのぶん後ろ側をだいぶ重くする必要がある
  • やはりユニバーサルジョイントの位置ずれは大問題だ。金属UJ内の隙間は0.5mm以下だと思うが、それでも位置ずれによってステディカムのバランスが大きく変わる。隙間にフィルムを挟むしかないか…

深夜だったので今日の作業結果の写真は無し。

設計思想って書くとガンダムの設定っぽくてかっこいい。中二病っぽいか。
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やっぱ正確な穴あけと切断をしたいお…

狙った位置から2mmちかくずれた位置に穴が開いたり、直角に切ろうとして横方向にも奥行きにも斜めった切断面が出来るのはもう嫌だお…

だから道具を作るお!
e-33.gif
こんなのを安く作りたい。作ろうと思う。で、どうやれば?
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ステディカム形状の仮説

ステディカムの自作を考え始めたときから漠然と思っていたんだけど、マーリン型つまり持ち手部分が重心軸の垂直線上にある形状のスタビライザーの構造として弓型である必要はないんじゃないか。

必要なバランス調整個所は(1)ジンバル支点より上(カメラ側)と下(錘側)の重量比、(2)カメラ目線の上下、(3)カメラの左右の傾き、だけだ。これらを単純かつ正確に調整するためには、調整個所が少なく調整部分の役割が単純なほうが操作し易い。

また構造が大きく複雑なほど、衝撃を受けたときにたわんで振動を増幅してしまう。先日の撮影テストで走っているときに固い揺れが発生したのは、弓形の下側にぐるりと回したアームに乗っかった錘が跳ねたのが原因だと思う。

で、シンプルな構造を考えていったらこうなった。逆L字型。
e-32.gif
現実的にはL字の角の部分がカメラの視界に入る可能性があるので、その場合は45度ずつ2回に分けて曲げるなりカメラを高く配置するなりで。

アームを弓形あるいはコの字型にせず、逆L字型の真下に向けたアームの先に錘を配置すれば、走りながらの撮影でもアームがたわむことなくジンバル部が動きを受け止めてくれるはずだ。

…という結論に達したので、実際に確かめるため現在製作中の自作ステディカムの形状を変更することに決めた。


あー、あと。回転(首振り)運動=ベアリング部分の問題は動くことではなく、動きが行ったまま戻ってこないのが問題だと考えている。じゃあ戻ってこさせれば良いじゃないの、って事で構想はすでに出来ていてあとは試すだけ。
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UJ内部の駒の位置ズレが及ぼす影響

自作ステディカムのバランスを弄ってないにもかかわらず左に傾きたがったり右に傾きたがったり、上を向きたがったり下を向きたがったりという謎の「機嫌」の原因はこれかもしれない。

Steadicam 5(rockhill555さんの動画)

トラクサスUJの駒(中心のボール)の外径が8.80mmに対してUJ外側の樹脂キャップの内径が9.16mmで、0.36mmの遊びが生じている。ステディカムにカメラをセットしバランスを調整した後にトラクサスUJの遊びをずらすと、わずか0.36mmの位置ズレでステディカムはずいぶん傾いてしまう。

俺の自作ステディカムに起きた現象とそっくりだ。そしてUJの駒の位置ズレだけでなく、2ちゃんで指摘してもらえた通りUJのベアリングへの取り付け軸にズレがあっても同様の現象を招くはずだ。んー、繊細だなぁ。
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プロフィール

ポッチャリノッポ

Author:ポッチャリノッポ
ホムセン・ステディカムを作ったあかつきには散歩動画を撮る旅に出たい。

知識なし、技術なし、工具なし、金もなし。だからダイソーとホームセンターで買った格安工具でなんとかします。

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