レゴ 4軸ロボットを製作中 

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重なって見にくいですが4軸のロボットを作ってみました。3つの回転関節と1つのスライド軸、エアー式のグリッパがあります。無性に多関節型ロボットが作りたくなったので作りました。NXT二台でコントロールする予定です。

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ロボットの動作試験も兼ねて、ボール工場と組み合わせて簡単なループを作る予定です。6畳間の限界を超えてます。作業場所がありません。

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エアーと9V電源は外部から引きたいので、コードが引っかからないようにするガイドが大変でした。どうしてもたわみます。

スライドレールは自分としては珍しく、基本ブロックの塊です。分解防止のため内側からリフトアームで縛ってあります。軽く作りたいときはトラス構造がいいですが、いくらでも重くなっていい部分では、基本ブロックの積層が剛性面で最強です。基本ブロックが飛ぶように無くなるのが欠点ですが。

このロボットはこの形になるまでにかなり苦労しました。それも報われないタイプの苦労が多くて疲れました。直交軸型にしておけば1/3の時間でもっと高性能なものが作れていたと思います。

ここから下は製作過程の苦労の記録です。

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1号機です。このころはカウンターウエイトが無くても動くんじゃないかと甘いことを考えていました。実験してみてカウンターウエイトが無いと軸が持たないことが分かったので、3つのモーターをすべてロボットの後ろ側に配置しカウンターウエイトにしました。しかし二番目の関節のカウンターが無いので、先端にワークを持たせると二番目の関節が負けてしまい失敗でした。


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全ての関節軸まわりのモーメントを打ち消すため、もっと厳密なカウンターウエイトを作ることにしました。点対称にロボットを作れば全てのモーメントを打ち消せる上に重心位置も変化しないんじゃね?という思いつきで点対称にカウンターウエイトを配置したのがこの2号機です。
点対称に作ることで確かに全てのモーメントを打ち消し、重心位置も変わらないようにできたのですが、その巨大なカウンターウエイトのせいでレールを支える柱に干渉すること、なんだかカッコ悪いという理由でこの配置は採用されませんでした。


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3号機では2号機をベースに二番目の関節用のカウンターウエイトをロボット中心に移動させ、根元の関節のカウンターをウエイトの代わりにゴムにしました。ウエイトの変わりにバネやゴムを使うとコンパクトで軽くできますが、モーメントを打ち消せても重心位置の移動は打ち消せません。そのため姿勢が変わると重心位置が大きくずれ、スライドレールにモーメントが加わります。それでレールの幅と厚みを増やしました(右写真)。
二番目の関節もゴム式のカウンターにすればもっとコンパクトになるんじゃないかと思うかもしれませんが、二番目の関節のカウンター量は根元の関節の位置に依存するのでゴムの配置の仕方が難しいです。
この配置では平行リンクによってロボットの根元軸と同軸に二番目の関節の軸がくるので、根元にモーターを配置してアームを軽くできるというメリットもあります。

いつの間にか実際の産業用ロボットの軸配置とそっくりになっていることに気づきましたた。今はじめて身をもってあの産業用ロボットのカウンターウエイトとシリンダーの配置の意味を知りました。

ちょっと露出したゴムがカッコ悪いのが気になります。本物ではシリンダーになっているので、それらしいカバーが欲しいところです。レゴには引っ張りバネが無いのが残念です。ゴムで代用しろということなんでしょうか。

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レールの断面構造です。ガタツキが無くてかつスムーズにスライドしないといけないので苦労しました。


ところで、最近長さ2の黒ペグが慢性的に不足しています。昔は部品箱に収まらなかったほどだった黒ペグですが、まさか黒ペグのために作った作品を壊すことになるとは思っていませんでした。最近は何よりも黒ペグが輝いて見えます。部品買いばっかりしているのが原因でしょうか。

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