高性能3DプリントRC戦車の製作：デュアルスピードギアボックス搭載

概要

このチュートリアルでは、クリーンなオールブラックデザイン、クールなLEDライティング、そしてデュアルスピードギアボックスを搭載した、まさに「野獣」と呼ぶにふさわしい3DプリントRC戦車（無線操縦履帯車両）の製作過程を紹介します。この戦車専用にギアボックスを設計し、地形や用途に応じてロー/ハイギアを切り替え、より高いトルクまたはより高い速度を得られるようにしました。

動画視聴または以下の記事チュートリアルをお読みください。

前作からの進化

以前にも3DプリントRC戦車を製作しましたが、パワー不足でした。今回は各履帯に200W DCモーターを搭載し、ギアボックスとの組み合わせであらゆる地形を制覇し、バーンアウトやドーナツターンも楽しめる十分なパワーを確保しました。

アドレサブルLEDストリップで無限の照明効果を実現。今回はパトカー風ストロボ効果を実装し、特に夜間走行が最高にクールです。

サスペンションは片側3つのコイルスプリングとショックアブソーバー、各々に2つのロードホイールを備え、不整地でも滑らかに走行し、障害物を乗り越えながら履帯と地面の接地面を維持します。

全て3Dプリント製で、3Dファイルはダウンロード可能です。

制御システム

安価な市販RC送信機で操作。戦車側のRC受信機がコマンドを受け取りマイクロコントローラーへ。頭脳はATmega2560ベース基板で、カスタムPCBを基板上にマウントして全接続を整理しています。

設計プロセス

Onshapeで設計。プロフェッショナルグレードのクラウドネイティブ3D CAD/PDMシステムで、機械エンジニア/プロダクトデザイナーにおすすめ。Onshape Professionalを6ヶ月無料で試用可能（https://Onshape.pro/HowtoMechatronics）。

ギアボックス設計

初期入力パラメータはDCモーターの寸法と3000RPM。このRPMは戦車用として高すぎるため、マニュアルトランスミッションのように動作するギアボックスを設計。サーボモーターでギアシフターを動かし、2つの出力ギアセットのどちらを最終出力として繋ぐか選択します。

• 初段減速比：1.88:1（固定）
• ローギア：追加減速2.76:1 → 総減速比5.2 ≈ 570RPM（高トルク）
• ハイギア：追加減速1:1 → 総減速比1.88 ≈ 1600RPM（高速）

サスペンションと履帯張力

RCショックアブソーバー（伸長70mm、ストローク15mm）を配置し、ロードホイールの垂直ストロークを22mmに拡大。ボギーシステムでホイールペアが回転軸周りに動くため、さらなる垂直移動が可能で、滑らかな乗り心地と履帯接地性を両立。

フロントロードホイールはアイドラーホイールと連結し、動的履帯張力を実現。ロードホイールが上昇して履帯周長が縮むと張力が緩むが、アイドラーが前進して張力を維持。ボルトと距離ナットで静的張力調整も可能。

リアのスプロケットは3パーツ構成（シャフトカプラー、左右スプロケット、M3ボルト3本で連結）。ピッチ11mm、歯数20でピッチ直径約69mm。スプロケットサイズは履帯が車体外側を通るよう十分大きく設計。

履帯リンク設計

履帯リンクは可能な限りコンパクトに、追加部品（ピン）1個で次リンクと接続、3Dプリントで十分な強度、サポート材不要を目標に設計。ピン径2mmに対し、片側2.1mm（タイトフィット）、反対側2.4mm（ルーズフィット）で自由回転可能。スプロケット歯はリンク外側円筒部（半径4.4mm）と噛み合い、スプロケット側は4.9mmでルーズフィット。

車体とプリント分割

メインボディは2つのギアボックス、電子機器、バッテリーを収容するため全長547×397mmと大型。一般的な3Dプリンターのベッドサイズを超えるため、大型パーツを2分割（300mmベッド対応）。220mmベッドの場合は4分割版も提供。

3DモデルとSTLファイル

Onshapeでブラウザ閲覧可能。RC戦車/ロボットプラットフォームの3DモデルとSTLファイルはCults3Dからダウンロード。

3Dプリント設定

Creality Ender-3 V3 Plusでプリント。「水平展開（X-Y輪郭補正）」が重要。デフォルトでは外形寸法と穴が小さくなり組み立てに支障。Creality PrintではX-Y輪郭補正-0.07、X-Y穴補正+0.07を使用。テストプリントで最適値を見つけてください。

履帯リンクはベッド接地面が小さいためラフト推奨。Ender-3 V3 Plus（300×300mmベッド）でメインボディを2分割プリント。大型パーツでもCoreXZ構造の高速・高品質プリントで完璧に対応。600mm/s高速、頑丈なフレーム、自動レベリング、ダイレクトエクストルーダーで200ドル以下のベストバイプリンター。詳細レビューもご参照ください。

組み立て

膨大な3Dプリント量：数日、数スプールのフィラメントを消費。履帯リンクのみで214個、約500g、30時間。メインボディ約1kg（2分割各500g、12-18時間）。サポート材除去の手間も考慮が必要。

機械部品表（BOM）

部品	数量	購入リンク
RCショックアブソーバー	8	Amazon | AliExpress
ボールベアリング 686 (6×13×5mm)	18	Amazon | AliExpress
ボールベアリング 624 (4×13×5mm)	44	Amazon | AliExpress
ボールベアリング 684 (4×9×4mm)	6	Amazon | AliExpress
M6ネジロッド	300mm	Amazon | AliExpress
M6ナイロンナット	4	Amazon | AliExpress
M3ネジインサート	~20	Amazon | AliExpress
M3グリブネジ	~30	Amazon | AliExpress
M3/M4ボルト・ナット各種	下記参照	Amazon | AliExpress
2mm溶接ロッド	~12m	Amazon | AliExpress

ボルト・ナット詳細

• M3×8mm – 10 / M3×10mm – 10 / M3×16mm – 20 / M3×20mm – 10 / M3×25mm – 10 / M3×30mm – 10
• M3×16mm皿ネジ – 20
• M4×16mm – 10 / M4×35mm – 20 / M4×40mm – 20
• M5×40mm – 2
• M3ナイロンナット – 50 / M4ナイロンナット – 40 / M5ナット – 6

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電子回路図

電子部品表

部品	数量	購入リンク
DCモーター 895 - 12V 200W 3000RPM	2	Amazon | AliExpress
BTS7960 DCモータードライバー	2	Amazon | AliExpress
サーボモーター	1	Amazon | AliExpress
ATmega2560 - Arduino Mega基板	1	Amazon | AliExpress
3S LiPoバッテリー - 最小3000mAh	1	Amazon | AliExpress
LiPoバッテリーコネクター	1	Amazon | AliExpress
Flysky FS-i6X - RC送信機/FS-iA6B受信機	1	Amazon | AliExpress
WS2812BアドレサブルLEDストリップ	1m	Amazon | AliExpress
LM350電圧レギュレーター	1	Amazon | AliExpress
トリマーポテンショメーター 5kΩ	1	Amazon | AliExpress
ターミナルブロックコネクター	4	Amazon | AliExpress
電線 ~20AWG ~3m	-	Amazon | AliExpress
抵抗: 1kΩ×1, 2kΩ×1, 240Ω×1	-	Amazon | AliExpress
コンデンサー: 0.1μF×1, 1μF×1, 400μF×1	-	Amazon | AliExpress

注: アフィリエイトリンクを含みます。

カスタムPCB設計

ATmega2560基板に直接マウント可能なカスタムPCBを設計。PCBWayで発注（ガーバーファイルアップロード、プロパティ選択、リーズナブルな価格）。デフォルト設定からPCB色をブルーのみ変更。ガーバーファイルはPCBWayプロジェクト共有コミュニティからダウンロード・直接発注可能。

最終組み立て

このセクションは現在構築中です。

プログラミング - Arduinoコード

コードは以下からダウンロード可能。

コード概要

IBusBMライブラリでRC送信機からのデータを読み取り。

// RC送信機からのデータ読み取り
IBus.loop();
ch0 = IBus.readChannel(0); // ch0 - 左右
ch1 = IBus.readChannel(1); // ch1 - 前進/後進
ch6 = IBus.readChannel(6); // ch6 - ギアシフト
ch7 = IBus.readChannel(7); // ch7 - パトカーストロボ
ch8 = IBus.readChannel(8); // ch8 - 全白色LED
ch9 = IBus.readChannel(9); // ch9 - 左右白色LED

右ジョイスティック（ch0, ch1）で車体移動、左ロッカースイッチ（ch6）でギアシフト用サーボ制御、他3ロッカースイッチでLED制御。入力データをDCモーターPWM制御用の0-255値へ変換。

// PWM値へ変換
steeringValue = map(ch0, 1000, 2000, -205, 205);
motorSpeed = map(ch1, 1000, 2000, -185, 185);
motorSpeed = abs(motorSpeed);
leftMotorSpeed = 50 + motorSpeed + steeringValue;  // 50-255範囲
rightMotorSpeed = 50 + motorSpeed - steeringValue;
leftMotorSpeed = constrain(leftMotorSpeed, 0, 255);
rightMotorSpeed = constrain(rightMotorSpeed, 0, 255);
if (leftMotorSpeed < 52) leftMotorSpeed = 0;
if (rightMotorSpeed < 52) rightMotorSpeed = 0;

ジョイスティック位置に応じて前進/後進/その場旋回を制御。analogWrite()でドライバーへPWM出力。

// ギアシフト（サーボ値は使用サーボに合わせて調整）
if (ch6 == 2000) myservo.write(140);
if (ch6 == 1000) myservo.write(40);

ライト制御：ロッカースイッチ状態に応じて各LEDを個別制御。パトカーストロボ効果のコーディングに時間を要したが、非常にクールな仕上がり。

テスト走行

コード書き込み後、電源投入してテスト。送信機ディスプレイにLiPo電圧、受信機/送信機電圧表示。左ロッカースイッチで走行中にギア切替可能。他3ロッカースイッチで4つのライトモード：片側5LED白色、全白色LED、全白色点滅、パトカーストロボ。全モードで走行可能。

注意点：LED電源とLM350発熱
LEDはLM350レギュレーターからの5Vで駆動。白色LEDは1個約50-60mA、全点灯で約1A。LM350は3Aまで対応だが大型ヒートシンク必須。PCB上の配置ミスで適切なヒートシンクが取り付けられず、ステッピングドライバー用小型ヒートシンクで凌いでいるが、全白色長時間点灯で過熱する。他モードなら問題なし。対策として、別途8A定格バックコンバーターを12V出力から分岐し、5-6V出力をPCBの6Vレールへ供給してLED駆動用にする方法がある。

今後はロボットアーム搭載や除雪機化などのアップグレードを計画中。お楽しみに。