【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。

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【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。

【LEGO】出撃、レゴミシン3号機!【三段甲板式、空母型ミシンモデル】

【衝撃のレゴミシン製作第3弾】

ローラコンベアを採用し、レゴミシンの原型を築いた2号機をもとに、2号機をよりブラッシュアップしたレゴミシン3号機が完成しました。

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この3号機は、ここ最近つくってきたレゴ作品の経験値を活かし、より美しいフォルムに仕上がるようにパーツを組み合わせたのが特徴です。

 

【改良点① 長大な空母式アイランドテーブルを採用】

前作のレゴミシン2号機が、図らずも空母のようなフォルムになったことを受け、3号機では思い切ってテーブルをさらに拡張しました。(イメージは、米軍のレキシントン級航空母艦サラトガです)

搬送用のギアを縦3列に増やしたため、搬送能力が向上しました。

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【改良点② 三段甲板式ギアボックスに変更】

2号機では、搬送機構のギアのかみ合わせが悪く、歯飛びしてしまう現象が多発しました。

そのため、3号機ではギアの組み合わせを見直し、確実にかみ合うギアの組み合わせを内蔵するために、テーブルの下に三段甲板式のギアボックスを構築しました。

機構としてはギアの直列配置のみですので、至ってシンプルです。

複数のギアを使うため、抵抗が増えてトルク不足に陥る懸念がありましたので、駆動軸で何段階かギア比を変えて、速度を落とす代わりにトルクを稼いでいます。

そのため、駆動軸からみると2号機よりもスムーズかつ小さい力で動かすことができます。

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【改良点③ 全体的な構造最適化】

レゴミシン1号機、2号機に続いて、この3号機でも全体構造を見直し、最適な配置にするようにマイナーチェンジを行いました。

まず、駆動部のギアをミシンヘッド内に内蔵し、装置としての全高を抑えつつ、使用部品の削減を図りました。

次に、全体的なフォルムをスマートにするために、フレーム構造をより洗練し、不必要な補強部材を取り除きました。可能であればきれいな平面で囲まれた装置にしたいところですが、あと一歩踏ん切りがつかなかったのが反省点です。

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レゴミシンをつくりはじめて早くも3作目ですが、つくるたびに装置としての完成度が上がってきており、非常に嬉しいかぎりです。

最近では、息子も「みしん」と口ずさむようになってしまい、よいおもちゃになっています。

そろそろ、実際の縫い付け機構を内蔵しようと思いますので、縫い付け機構の試作に入っていきます。

レゴミシンが布を縫うその日まで、挑戦は続きます。

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[LEGO]レゴロボットアーム2号機[4軸多関節型:ロングアーム搭載機]

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【やりすぎた改良、2号機】

レゴミシン用の補助装置として、ロボットアームの試作をはじめてはや2作目。

トルク不足で満足に稼働できなかった1号機の反省をもとに、まずはレゴの動力で動かせる限界を探るべく開発したのが、この2号機になります。

1号機をはるかに凌駕する長さのアームを採用し、これを支持するために、ターンテーブル2個を使用した360°回転可能な片持ち式の関節を構築しました。

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その結果、あまりにも重量が増してしまい、アームベースを前後させる第2関節にかかる負荷が1号機よりも増してしまいました。

そもそも、1号機では第2関節がまともに動きもしなかったのにも関わらず、なぜ重量を増やしてしまったのか。夢中でアームを延長していき、アームベースに接続するまで気づきませんでした。

とはいいつつも、大重量を支えるために、第2軸にはシリンダを搭載しましたので、難なく動くことができます。

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【予想を超える搬送能力! 意外にバランスのよいフレーム構造】

長大なアームゆえに、アームの回転中心で重心のつり合いがとれていないと、モータに負荷がかかり、回転しません。

これを避けるために、アームの反対側にも腕を伸ばし、アームの重心が回転中心にくるようにしました。(錘用のタイヤが不格好なのが残念なポイントですが。。。)

アーム用のターンテーブルを回すために、ギア何段階か落としていますので、1号機に比べてかなりの高トルクになっています。

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【アームが重く、ロボット全体の重心が偏るのが問題点】

各軸が正常に可動するのはよいとして、やはりアームが重すぎるためロボット全体が傾いてしまいます。

シリンダーを内蔵した第2軸のトルクは十分ですが、アームの重さで傾かないようにするには、2基のシリンダーを並列配置した方が安定するかもしれません。

フレームを締結しているピンのガタとフレーム自体がプラスチック製ですので、多少の弾性変形は仕方ないところです。これが全金属フレーム、ボルトナット締結であれば幾分か頑丈なはずですが。。。

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【屈曲美の片鱗をみせた2号機】

とはいえ、この2号機はその特徴でもあるアームの長さが幸いして、非常に美しいフォルムに仕上がったように思います。

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まだまだ磨き上げる改良箇所がありますが、1号機の反省を踏まえてブラッシュアップできました。

次は、さらに大型のアームと小型アームの2種類に派生していきたいと思います。

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【LEGO】レゴミシン2号機【ローラコンベア内蔵型】

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【狂気のレゴミシン制作第2弾】

前作レゴミシン1号機で判明した改良ポイントを踏まえ、改良型「レゴミシン2号機」をつくりました。

主だった改良点は次の4点です。

① スイング式の送り機構から、ローラ(ギア)コンベア式に変更しました。これにより、スムーズな連続搬送が可能となりました。

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②  1号機のミシンヘッドを短縮化しつつ、フレームの組み合わせ方を変更し、剛性を強化しました。コンパクトですが、1号機よりも頑丈です。

③ ローラコンベアの採用により、搬送距離を延長させられるようになったため、後々の自動化を見越してテーブルをさらに長くしました。

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④ 駆動伝達をギアーシャフトによる伝動に切り替えたため、装置を一回り小さくすることができました。これにより、使用しているパーツも削減することができました。

これらの改良により、1号機よりも装置としての完成度が増しました。

【さらなる改良点】

しかし、つくってみるとさらに改良点がみえてきました。

まず、ローラコンベアを採用したため、テーブルの下にギアボックスが内蔵されましたが、これでは実際に縫い付け機構を内蔵した際に、ボビンケースなどの機構の邪魔になります。あともう一歩工夫が必要です。

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また、ギアのかみ合わせが悪く、時々歯飛びしてしまいます。ギアの組み合わせに問題がありますので、ギアボックスの改良が必要です。

実際に動かした動画が撮影できていませんが、次作では撮影したいと思います。

出来栄えをみて、何かに似ているなと思いましたが、ミシンというよりも空母の外観に似ています。

平たいテーブルをもてば、やむをえませんが。

レゴミシンでよだれかけをつくるその日まで。

研究は続きます。

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