【レゴ】トランスフォーム技術の研究

つい先日、映画の『トランスフォーマー』を観ました。

もうずいぶん昔の映画になってしまいましたが、当時の感動を思い返しつつ、ふとあることに気付きました。

 

「変形(トランスフォーム)って、非常に役立つ技術なのでは?」

 

昔から、アニメなどで変形ロボットを観続けてきましたが、大人になって改めて観るとその発想のすごさに驚愕です。

一つの物体が、トランスフォームをすることによって機能、形態を変える。

これは現実に役立ちそうな技術です。

 

なんとなく頭に浮かんだのが、「スーツケースをトランスフォームさせてはどうか?」という案です。

スーツケースは普段かさばって邪魔になりがちですが、これをトランスフォームさせることで省スペース化を実現するとか、はたまた旅先で役立つ便利ガジェットになるとか。

考え始めると、いろいろアイデアが出そうです。

 

ということで、まずはトランスフォーム技術の研究のために、レゴのダンプカーをトランスフォーマーに改造してみました。

モデルになったのは、バケット掘削機などに付属してくる小型のダンプカーです。

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まず、後ろの荷台を丸ごと開きます。IMG_2489IMG_2492

 

そして、今度は前の運転席部分も開くと、ロボットの頭部が現れます。

フロントのライト類はロボットの腰部分になります。IMG_2494

 

荷台は一回転させます。IMG_2476

 

最後に、折り畳んで収納されていた腕部分を展開し、前輪部分を伸ばして脚にすればトランスフォーム完了です。

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だいぶ雑な改造のため、この状態で自立することはできませんが、格好だけはそれらしくトランスフォームできました。

作ってみて分かったことは以下3点です。

① トランスフォーマーをつくるうえでは、限られた収納スペースを有効活用すること。

② 外装部分は可動範囲を広くし、収納部分を完全に露出できるように組むことが重要。

③ 最初から完成形を追うのではなく、基本となる形をまずは完成させ、それをどのように変形させるかの2段構えで考案する方が効率的。

 

小型のダンプカーゆえに収納スペースの制約は厳しかったですが、もう少し大型のモデルならばもっとゆったりとトランスフォームできそうです。

興味が湧いてきたので、少し研究してみます。

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【レゴ】おむつスタンプマシン3号完成

おむつに名前スタンプをする作業を自動化するべく、「おむつスタンプマシン3号機」をつくりました。

この3号機では、ロボットアームを使用せずに、おむつ専用のストッカーとおむつスタンプ用のガントリー式ヘッドを増設しました。

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性能としては、おむつ搭載枚数40枚、処理速度は1時間あたりに530枚のおむつにスタンプ可能な能力を有しています。

前作の2号機の教訓をもとに、生産能力向上、さらには効率化を観点に構成したのがこの3号機になります。

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想定したとおりに、おむつの連続供給と連続スタンプが可能になったため、狙い通りの成果が得られたと感じています。

しかし、反省点もいくつかあります。

まず、おむつという柔らかい素材を扱うため、おむつストッカーの搬出機構は思いのほか複雑になりました。

当初は、モータ一つで制御できるものと思っていましたが、各ローラの個別動作が必要になり、結局ストッカーだけでモータ3基を使用することになりました。

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これはこれで立派に機能を果たしたので成果として挙げられますが、一方で装置としての実用性には疑問が残ります。

まず、これほど巨大な装置を実用化できるかというと無理だと思われます。

ただでさえスペースがほしい育児世帯に、余分なものを置くスペースはありません。

また、仮に本機に準じた装置を市販化するとしても、それほどニーズがないように思われます。

わが家のおむつ消費量でいうと1か月に100枚程度。年間にして1200枚ほどと想定されます。

本機の場合、1200枚のスタンプ押しであれば数時間もあれば処理可能ですので、一家に一台置くほどのニーズはありません。

かといって、おむつのスタンプ押しをサービス化して提供することにも無理があります。

おむつのスタンプ押しをサービス化した場合、方式としては大きく分けて2つかと思われます。

一つは、あらかじめおむつを在庫として抱え、発注を受けたらご希望の名前を押して出荷する方法。

もう一つは、お客様からおむつを提供してもらいスタンプを押して返送する方法です。

まず、一つ目についてはサービス提供者が大量の在庫を抱えることになるため商業化しにくく、そもそもおむつは流通量が不安定です。一般に流通するおむつ自体が品薄になる状況もあるなかで、サービスとして提供するにはリスクが大きく、メリットがあまりありません。

二つ目については、そもそもお客様からおむつを送ってもらうのが双方にとって面倒です。ただでさえ、やることの多い子育て世代が、わざわざおむつにスタンプするために自前のおむつを郵送するなどどいうのは現実離れしています。

以上のことから導き出される結論としては、おむつスタンプマシンは、子育て世代が求める夢のマシンではないということです。

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とはいえ、そう言ってしまうと元も子もありません。

私が考える中で、おむつスタンプマシンを組み込める余地、ニーズがあるとすれば本機にも実装したおむつストッカーだと考えられます。

おむつを購入する際、大多数のご家庭は何十枚かのセットで購入すると思われます。そして、このおむつに名前を書くなり、スタンプをした後は、元々入っていた袋に戻すか、何らかの箱に詰めるかといった作業をしています。

おむつは、容積もかさばるうえに、残念ながら部屋の美観を損ねます。わが家では、おむつを専用のプラケースにいれて格納しています。

おそらく、どの家庭も何らかの形でおむつをまとめて収納しているのではないでしょうか?

もし、箱などに入れて収納しているのであれば、その箱におむつスタンプ機能が盛り込まれれば一石二鳥です。

おむつを入れておくだけで、名前スタンプもされ、そのまま格納できる。

ここに本機のニーズがあるように思います。

次は、本機をブラッシュアップしつつ、よりコンパクトに機能するようにおむつを取り扱う基礎技術を確立していきます。

レゴに不可能はない。

【レゴ】おむつスタンプマシンの開発

レゴテクニックを使用したロボットアームの開発も順調に進み、そろそろ何か生産ラインをつくってみたい気がしたため、まずは育児支援の一環として「おむつに名前スタンプをするマシン」を開発しました。

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このマシンは、5軸多関節ロボット2基とおむつ搬送専用のコンベアを併設した構成となっています。

手前のロボットは、おむつを上から押さえてスタンプしやすいようにアシストする段取りロボットです。

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奥のロボットが、おむつにスタンプを押す「スタンプロボ」です。

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おむつの連続スタンプ押しに主眼を置いた本機ですが、ロボットアームの動きが良いことが助けとなり、設計目的通りの稼働が実現できました。

とはいえ、いくつか課題も残りました。

まず、コンベアでの搬送にあたって、おむつの供給は手動で行う必要があるため、やや非効率です。

また、ロボットアームを使用したスタンプ押し作業は、見栄えこそ良いですが、連続処理には向きません。スタンプするだけの作業ですので、5軸のロボットアームを使用するほどでもありません。

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試作型の1号機に続いて本機が2号機となりますが、次は本機で得られた知見を活かしたおむつスタンプマシンをつくりたいと思います。

【レゴ】伸ばした腕は進化の証! ロボットアーム試作7号機完成

レゴミシンのアシストメカとして作り続けてきたロボットアームシリーズ。

これまでの試作機の反省点と蓄積されたノウハウを駆使し、ついにこれまでの試作機を凌駕する試作7号機が完成しました。

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この試作7号機では、次の3点について改良を図っています。

【① アームの片持ち支持】

これまでのロボットアームでは、第2軸の構造はターンテーブル2個を使用した門型構造でした。

これはこれで安定していましたが、一方で構造物が増えることで重量が増してしまい、第2軸のアームを伸ばすと、トルク不足で自力では戻らなくなる問題の一因になっていました。

試作7号機では、第2軸を片持ち支持に変更し、一般的な産業用ロボットと同じ構成に変更しました。これにより、第2軸周りがスリムになり、パーツ数を減らすことができました。

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② 第2軸駆動ギアの4WD化

写真では分かりづらいですが、うちのロボットアームの第2軸の駆動機構は、ターンテーブルを4つの小ギアで支持する構成をとっています。

6号機までは、この小ギアの一つが回転し、ターンテーブルに駆動力を伝動することで第2軸を動かしていました。

しかし、小ギア一つだけではトルク不足でしたので、なんとか小ギア4個を同期させて伝動できないかと思案していました。

従来のターンテーブル2個方式では、スペースの都合上で実現が難しかったのですが、ターンテーブルを1つにしたことでスペースにゆとりができたため、7号機では、小ギアの4WD化を実現することができました。

これにより、従来問題となっていた伸ばした腕が戻らなくなる現象も解消されたほか、機構上の可動域も増えたため、非常に複雑な作業姿勢をとることも可能になりました。

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③ 全体的なスリム化

前々からの課題であった小型のロボットアーム開発。

試作7号機では、パーツ数を減らすことを心がけ、6号機までで培った必要最低限の機構のみを残して、補強部材もギリギリまで減らしました。

これにより、7台目にしてやっとコンパクトなロボットアームにすることができました。

また、第2軸のスリム化とトルク不足解消も幸いし、パーツ数削減による各軸の負荷が軽減し、これまで不可能だった直立に近い作業姿勢もとれるようになりました。

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改良を重ね、進化してきたロボットアームシリーズ。

本作で当工房の作品としては一つの完成形に到達したと感じています。

残念だったのは、コンパクトにしすぎた第1軸の回転機構がロボットアームの重量に耐えられず、若干曲がってしまうことでしょうか。

第1軸は6号機までの構成で問題なさそうです。

ロボットアームは、よだれかけ生産ラインのアシストメカとして考えていますが、今のとこと5軸の多関節型であれば、用途としては十分かなと思っています。

とはいえ、産業用ロボットであれば6軸多関節型が一般的ですので、もう1軸増設することにも興味があります。

まずは、この7号機の構造を元にした#2をつくろうと思います。

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【レゴ】5軸多関節型ロボットアーム試作6号機完成!

初の5軸多関節型、ロボットアーム試作5号機の反省点を踏まえて、改良型のロボットアーム試作6号機をつくりました。

ベースとなったのは、ロングアーム搭載型だった試作2号機です。

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この試作6号機は、5号機よりもスリム化するために、全体的に構造を見直しています。

一方で、ギア比等は5号機と同等ですので、パーツが軽くなった分、モータに掛かる負荷が若干軽減され、動きがスムーズになっています。

 

 

 

また、5号機の時から全面的にモータを外付け方式にしましたが、6号機も第一軸以外は、すべてモータを外付け固定にしました。

このおかげで、貴重なEV3のモータを他のモデルに容易に付け替えられます。

(ロボットアームの難点は、1台で5個も6個もモータを使いますので、何台も同時にロボットアームはつくっていると、すぐにモータ不足になってしまうことです)

 

 

 

第二軸も、スリムアップの一環でターンテーブルを1つのみで構成しましたが、これが意外と大当たりの改良だったようで、構成部品が減ったことで第二軸以降のアームの重量が減り、動きがスピーディになりました。

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だいぶ装置としての完成度を増してきたロボットアームですが、まだアームを伸ばしすぎると自力で元に戻れなくなる現象が発生しています。

第二軸の負荷軽減が今一つなほか、毎度のことながら私のつくるロボットアームはつくっているうちに大型化していく傾向にあります。

次は、この6号機をもとに小型化した5軸多関節ロボットアームをつくりたいと思います。