【LEGO】着実なる進化、５軸多関節型ロボットアーム５号機完成！

レゴミシンの研究と共に、アシストメカとしてロボットアームの改良も続けています。
前作４号機の反省を踏まえ、アームの長さを短縮しつつ、関節を増やしたロボットアーム５号機が完成しました。

 
 

5軸多関節型となったロボットアーム5号機では、複雑な作業姿勢をとることが可能となり、レゴミシンのアシストメカとして、もう一段進化できたように思います。
5号機で改良した点としては大きく分けて3点です。
 

【① 第3軸に作用する回転モーメント軽減】

ロボットアーム2号機をつくった際に分かりましたが、EV3のモータは簡単にトルク負けします。プラスチック製のレゴのパーツとはいえ、長尺物になればなるほど回転モーメントを意識して装置を組む必要があるとよく分かりました。
5号機では、第3軸に作用する回転モーメントが大きくなりましたので、モータの負荷を減らすために、第4、5軸のモータを回転中心より離して配置し、重心の釣り合いがとれるように若干のマイナーチェンジを行っています。
結果、第3軸はスムーズに動きますので、狙い通りの効果が得られました。


 

【② モータの外出し固定】

レゴでロボットアームをつくるなかで悩んでいたのが、モータをどこに配置するかです。アームの中に格納して、外から見えないようにするのがスリムなのか。それとも外出しにした方が良いのか。
どちらも一長一短かなと思っていましたが、メンテナンスと配線の取り回しを考えると、モータは外出しがベストかなと心変わりしてきました。
モータをアームの中に格納しようとすると、どうしても装置自体が大型化してしまうため、そのためにギアを多段変速してトルクを稼ぐことになり、ギア周りがさらに大型化するという悪循環に陥ります。
実際のロボットアームをみると、小型のものはモータをアーム内に格納してスリムなフォルムが多いです。
しかし、やはりそこは実機は実機、レゴはレゴですので、レゴの良さであるパーツ組み替えの容易さ、改良のしやすさを考慮し、思い切ってモータは外出しにし、装置全体としてみたときのパーツ数削減と、構造のシンプルさを追求することにしました。
つくってみれば、少なくとも第4、5軸については、非常にシンプルかつスマートなモータ配置となったように思います。

 

【③ 全体的にフレームを補強】

私のつくるロボットアームの永遠の課題は、フレームの脆弱さです。
あまりゴテゴテとパーツを使いたくないので、極力パーツを削減することを意識していますが、その分どうしても強度は落ちます。
5号機も相変わらずフレームの脆弱さは課題ですが、4号機に比べると第2軸のアームを中心に最低限のパーツ補強を行っています。

とはいえ、つくるたびに次の課題がみえてきます。
5号機を作ってみて分かったのは大きく次の3点の課題です。
 
1点目は、第4軸を動かすと、同時に第5軸も同期して僅かに動いてしまう現象です。
これは、第5軸の回転軸が第4軸先端に接続されているため、機構的に起こる必然の課題です。第5軸の回転軸を分離する必要があります。

2点目は、腕を伸ばしたら戻らなくなる現象です。
4号機からの課題ですが、５号機でも、アームを伸ばしすぎると第２軸の負荷が大きくなり、自力で原点へ復帰できません。トルク不足を解消するために、何らかのダンパのような機構が必要かなと思っています。
もしくは、思い切って2号機の時のように第2軸にメカシリンダを搭載するかですが。。。

最後に３点目は、全体的なフォルムが洗練されていないことです。
４号機をベースに改造した５号機ですので、所々に後付け感が否めません。
元にするモデルがある場合は、それに継ぎ足して次のモデルに進化させていますが、どうしても元の構造、骨格が残りますので、無駄なパーツが混在しています。
次は、５号機を参考に、新規建造の６号機をつくる必要がありそうです。

反省点はまだまだ盛り沢山ですが、レゴミシンとの連携を念頭に置いた我が工房のロボットアームのなかで、一つの方向性を確立したモデルだと思います。
産業用ロボットと同等の構造ながら、レゴ独特の無骨さも兼ね備えた誇るべきモデルです。
今後も本機をもとに、よりブラッシュアップしていきます。