過去のプロジェクト - 可動ロボットのプロトタイプ

この記事では、私の貴重なプロジェクトについてお話ししたいと思います。ENED（工学教育）の授業で、私と他の工学部の学生チームが設計したプロトタイプ可動ロボットです。このプロジェクトでは、ある材料をピックアップし、重量に基づいてその材料を識別し、その材料を施設内の特定の廃棄ステーションまで運搬できるプロトタイプ・ムーバブル・ロボット（PMR）が求められていた。COVID-19のパンデミックにより、試作品を作ることは論理的に不可能であったため、この授業ではペーパープロトタイプの提出のみを求められた。しかし、ペーパープロトタイプだけであっても、私たちのチームは、使用する材料とその材料が最終的な製造に与える影響について考えなければならなかった。

工学の授業では、BrickLinksという特定のレンダリングソフトウェアを使って、ロボットの物理的なプロトタイプがどのように見えるかの写真を作成するよう指示された。BrickLinksは、ユーザーがレゴブロックで物を作ることを可能にするソフトウェアで、そのため、私たちが作ったプロトタイプは、もし作られるとしたら、レゴブロックを使って作られることになる。ロボットは、背中のモーターが効率よく動かせるように軽量である必要があり、また、材料の入った容器を重さで識別できるように保持できる耐久性も必要だった^。また、PMRの脚は障害物を考慮して設計する必要があり、タイヤは禁止されていた。そのため、私たちのチームは、レゴのタイヤと同じ素材で作られたゴム製のレゴを使用することにした。レゴは、ブタジエンゴム、スチレンゴム、天然ゴムを組み合わせた、実際のタイヤに使用されているゴムによく似たゴム製品を使用している^2。また、足が前後に揺動するピボットを採用することで、凹凸のある状況下でもしっかりとした姿勢を保つことができるようにした。

PMRは、倉庫の地面に描かれた線に沿って移動し、左右の光センサーで右折と左折のタイミングを判断する（床に描かれた線に基づいてPMRの移動性を決定したのは、我々が決定したのではなく、我々に与えられた規定である）。ロボットの頭脳は、背中に搭載されたレゴ・コンソールに収められており、6本の脚のモーターにもなっている。前面には滑車システムがあり、ロボットが材料の入ったビンをピックアップするのに役立っている。PMRの実際の外観は、クモとその脚の動きからインスパイアされたものである。

上に添付したのは、BrickLinksソフトウェアでロボットを最終的にレンダリングしたものです。写真にあるように、ロボットの上部にあるサーボとモーターを支えるだけでなく、前面下部にある2つの光センサーを支えるのに十分な頑丈な素材でロボットを作る必要があった。PMRの素材はまた、前部のプーリー・システムを保持するのに十分柔軟でなければならなかった。プーリー・システムは、材料のビンをピックアップし、重量を測定し、目的地まで運ぶために、完全に垂直および水平になる能力を持たなければならなかった。ありがたいことに、レゴのプラスチックは必要な部分をすべてカバーしてくれるので、足以外は特殊なパーツや3Dプリントのパーツでロボットを作る必要はなかった。プラスチックはPMRのシャーシやプーリーには最適だが、非常に硬く、柔軟性や伸縮性がまったくない。つまり、レゴのプラスチックで作られた足は、私たちのデザインにとって必須であった凸凹のある地形や難しい地形には不向きなのだ。このため、チームは、もっと弾力のある高度な素材に変えることにした。最終的には、ロボットの脚に使用するパーツの小型版の寸法を使用することに決めたが、これはレゴタイヤのゴムでできている。この部品は特注しなければならないが、比較的小さく、必要な部品は6個だけである。足のパーツは、ほぼ90度回転するアクセルに取り付けられ、凹凸のある床や障害物を乗り越えるときにロボットがグリップを調整できるようにする。

最終的に、このプロジェクトに使用された先端材料は、合成ゴムと天然ゴム、そしてABSプラスチックの混合物だった。プラスチックは、ロボットの胴体の剛性に貢献する一方で、運搬システムの柔軟性を維持することを可能にした。ゴムは、ロボットの牽引力を高め、困難な地形でも効果的に歩行できるようにするために使用された。

参考文献

1. Pickering, David (1999).The Ultimate LEGO Book.ニューヨーク：Dorling Kindersley.ISBN 0-7894-4691-x.
2. Threewitt, C. (2020, September 11).You'll never guess what company makes the world's most tires.https://entertainment.howstuffworks.com/lego-tires.htm.
3. S.Tire Manufacturers Association.(2020).タイヤの中身.タイヤの中身｜USTMA. https://www.ustires.org/whats-tire-0#:~:text=The%20two%20main%20synthetic%20rubber,in%20combination%20with%20natural%20rubber.