作品名:空中ブランコロボット
      
(開発:大同大学 西堀研究室)
 制作:はらっく工房
   2011年2月24日 制作開始
   2011年5月28日 完成
 デザイン大同大学 西堀研究室
 出典日本ロボット学会誌 学術・技術論文
   Vol.26 No.2, pp.184〜191, 2008
   機械的位置エネルギーを利用した空中
   ブランコロボットの開発
       西堀賢司、石川善裕  他
  ブランコ W2090×H780×D600 mm
  ロボット W65×H150×D95 mm
  材種: 檜、パイン集成材、真鍮、アルミ
      欅、黒檀 等 
  スタートの空中ブランコに、ピエロロボットをぶら下げると、ピエロロボットは、昇り傾斜で
  設置された空中ブランコ列を、ダイナミックに次々と渡って行きます。
  何の仕掛けもありません。ピエロロボットの重さ(位置エネルギー)だけで動く、からくりです。
  最後は、正面を向いて、満足のポーズでゴールします。
  制作記録  2011.3.10 ロボット(ピエロ1号) 制作   2011.4.6 ロボット(赤帽ピエロ、青帽ピエロ) 制作
         2011.4.14 空中ブランコ 3列試作品 制作  2011.5.28 空中ブランコロボット完成
         2011.6.14 ロボット(ピエロ4〜6号) 制作   2011.6.26 ロボット(ピエロ7、8号) 制作
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 2011.3.10 ロボット(ピエロ1号) 制作

大同大学ブランコ
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  今年はいきなり、なんとも面白いからくりに出会いました。

  今年初めに、名古屋の中川進氏から、空中ブランコロボットの情報をいただきました。
  「あいち次世代ロボットフェスタ2011」(2011.1.7-8 ウインクあいち)に行き、空中ブランコ
  ロボットを見られたようです。
  チラシや、日本ロボット学会誌学術・技術論文(機械的位置エネルギーを利用した空中ブラ
  ンコロボットの開発/西堀賢司・石川善裕)を送ってくれました。

  電気エネルギー(モーター)で動くロボットの出展が多い中、電気的動力も使わず、ゼンマイ
  などもなし、機械的位置エネルギーだけで動くロボットなんて、まったく異色の存在です。
  しかも、重力に逆らって、緩い傾斜を登って行きます。

  論文の諸論には、「遊び心が育んだものづくり技術の「からくり」に習い、電気的動力を使わ
  ずにブランコによる機械的エネルギーを利用して独創的かつダイナミックにロボットが手を
  使って空中ブランコを次々に渡る空中ブランコロボットの開発」を行ったと書かれています。

  面白い、不思議だ、楽しい、まさに私が追い求めているからくりの世界です。
  これは作られずにいられません。

  さっそく論文に書かれているいくつかの数値情報を参考に、ロボットの設計、制作をはじめ
  ました。

  ロボットは、高さ135mm、重さは287g以上とあります。
  木製だけでは、この重さになりません。
  材質までは書かれていませんが、樹脂、金属で出来ているようです。
  樹脂、金属の加工は、得意でありませんし、難しそうです。
  また、いかにもロボットという質感・外観よりも、見た目にも温かさが伝わるような人形(軽業
  人形)というものにしたいですね。

  そこで作ったのが、ピエロ1号です。
  足だけは、真鍮の表面となりましたが、他の表面は、木製で出来ました。
  ネジの頭が少し気になりますが、今後の改善点です。

  頭は、直径30mmの既製の木製丸球を加工しました。 

  胴部は、欅の箱状です。
  胴内部左右に厚み6mmの鉛の板を貼り合わせています。
  釣に使う錘を溶かして作りました。
  この鉛に穴を開けて、総重量の調整をしました。とりあえず350gにしました。

  胴内部のピニオンとラックも、なんとか木製で作れました。
  これは実際に動かしてみるまで、歯先の強度が心配です。

  腕・手は、桜です。
  この部は、軽さと強度の点から、乾燥されて100年は経つであろう桜の古材を使いました。
  それでも掌の薄い部分の強度が心配です。
  腕の長さは、80mmとありました。
  作ってみると、手長猿みたいで、ちょっと異様に見えます。
  長さ70mmも作ってみました。 これだと異様さは感じません。
  あとは動きがどうなるかです?

  脚は黒檀です。内部に直径10mmの真鍮丸棒を埋め込みました。
  足は、オール金属で真鍮板を加工しています。

  ロボット(ピエロ1号)が出来上がると、実際に早く動かしてみたいですね。
  空中ブランコの制作は、時間がかかりそうです。
  てっとり早く、大同大学の空中ブランコを貸していただいて、動作テストがしたくなりました。

  そこで、大同大学工学部ロボティック学科の西堀賢司教授に、面識もないのに、いきなり
  面会依頼の身勝手なメールを送りました。
  有難いことに貴重な時間をあけていただけることとなり、近いうちに伺えることになりました。
  実際に動いているロボットも見せていただいて、今後の制作の参考にしたいと思います。

  落っこちないで、ブランコ渡りを出来るかな? ワクワクしますね。 楽しみです。 早く行き
  た〜い!
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 2011.4.6 ロボット(赤帽ピエロ・青帽ピエロ) 制作
 
 
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  大同大学 西堀研究室(西堀賢司教授)のロボット工房にお邪魔してきました。
  詳しくは、おもちゃが縁(えん)の「大同大学 空中ブランコロボット 研修」をご覧ください。

  大同大学の空中ブランコロボットは、第四世代に進化していました。
  最新の論文をいただき、また研修の成果を反映させて、改良ロボットを2体作りました。

  赤帽ピエロと青帽ピエロです。
  主な仕様は次のとおりです。
  高さ150mm、肩幅65mm、胸幅42mm、胸厚34mm、手の長さ(軸から掌)70mm、重量235gです。
  ピエロ1号と比べると、重量が115gも減りました。
  外形的には、胴体部分を少しスマートにして、丸みをつけました。

  この2体、帽子や脚の色違いの他に、大きく違うところがあります。
  重心の位置です。
  赤帽ピエロは、足がアルミ製で軽く、総重量調整のため、胴内に厚さ5.5mmの真鍮板を左右
  につけて、235gにしています。 このため重心は、上半身側にあります。
  青帽ピエロは、足が真鍮製で重く、胴内の真鍮板は、厚さ2.2mmで235gになっています。
  このため重心は、下半身側にあります。

  どちらも、上手にブランコを渡ってくれると思っています。
  楽しみです。

  はやくブランコを作りたいですね。
  いきなり6列のブランコと旋回機構の同時(長さ2m)制作は、リスクが大きいので、とりあえ
  ず3列のブランコを試作しようと思います。

    <参考文献>
    日本機械学会東海支部第58期総会講演会講演論文集 2009.3.17-18 No.093-1
    「ブランコ列を登るパッシブ形空中ブランコロボットの開発」 西堀賢司・石川善裕・近藤弘憲
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 2011.4.14 空中ブランコ 3列試作品 制作

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  ロボットの動作テスト用を兼ねて、3列の空中ブランコを試作しました。

  ブランコ軸と、上部の錘(カウンターバランス)は、真鍮丸棒です。
  手すりは、アルミアングルです。
  両側のブランコフレームは、檜です。八角形に加工しました。

  ブランコ受けフレームと支柱は、パイン集成材です。
  ホームセンターで、幅40mmと30mmにカットしてもらいました。
  長尺物を幅を均一に細長くカットしてもらい、大助かりです。

  どうですか。
  赤帽ピエロ、青帽ピエロとも、軽快に空中ブランコを渡っていきますね。
  ブランコの上部の真鍮錘(カウンターバランス)と、ロボットピエロの重量が、ちょうどよい
  バランスになったようです。
  これで、何列でも渡って行きそうです。
  7.5度の傾斜も、なんのそのです。

  3列では、やはり物足りないようです。
  それに、これではピエロは、最後に落ちる意外にありません。 痛そうで、可愛そうです。

  完成作品では、落ちないで、お客さんに向かって、得意のポーズでゴールします。
  さっそく、最終製品の空中ブランコ作りに取りかかることにしましょう。
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 2011.5.28 空中ブランコロボット 完成

 

かさ歯車(三松宣久作)

ピン歯車
 
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  少し試行錯誤しましたが、7列の空中ブランコとピエロロボットが出来ました。
  7列目のブランコは、旋回機構付きです。

  6列の直進ブランコは、試作品の延長なので、さほど苦労せずに作れました。
  傾斜角度を、試作品(7.5度)よりも少し上げました。
  15度程までいけそうだと聞いていましたので、見た目がほどよい10度にしました。

  直進ブランコは、ブランコ軸をブランコ受けフレームに正確に取り付けるのは当然なのです
  が、ブランコフレームの角度を正確に保持するのも重要なことがわかりました。
  ダンパーに着けたクッションの凹みで、ブランコフレームの角度が変わってきます。
  クッションの素材選びも大事ですね。

  7列目の旋回機構部には、少し苦労しました。
  旋回機構は、ブランコ軸(横軸)が120度回転する間に、ガイド軸(縦軸)が90度回転する
  ものです。
  その動きを、歯数比3:4(例:歯数30と40)のかさ歯車がコントロールします。

  かさ歯車の市販品を探しましたが、歯数比3:4は、ありませんでした。
  樹脂製のかさ歯車をオーダーで作ってもらうと、9万円近くかかるようです。

  かさ歯車の自作も難しいので、まずは歯数15と20のピン歯車を作って見ました。
  うまく回転してくれません。ひっかかりがあるようです。
  精度も悪かったので、今度は、歯数18と24のピン歯車を、性根をいれて作りました。
  それでもうまくいきません。

  ほかにも原因がありそうです。
  旋回機構は、ピエロロボットの自重(235g)のみで回転力を出すため、可能な限り摩擦抵
  抗を減らす必要があります。

  キャスター側にも目を向けました。
  キャスターは、市販品のあまり転がりそうもない球状キャスターです。
  それを転がすガイドレールの表面は、ホウの木の板地のままです。

  まずキャスターを、ベアリングを車にした、車輪方式にしました。
  それと、ガイドレールの表面の転がりを良くするため、ホウの木の上に、表面がツルツル
  した樹脂を貼りました。

  これで旋回機構部のブランコにロボットをぶら下げると、回転しました。
  成功です。 やった〜。


  ピン歯車でも動くことが分かると、欲がでてきました。
  やはり、信頼性、安定性、強度、見た目などを考えると、かさ歯車にしたいですね。

  ここは、知り合いの三松宣久さんに応援をお願いしましょう。
  三松さんは、からくり人形と手回しカード式オルゴール(オルガニート)を組み合わせた、
  からくりオルゴールなどを作っておられる方です。
       三松さんのホームページ Midnight Sun

  三松さんは、機械にも強く、木製のかさ歯車を加工できる機械も作ってしまうほどの人です。
  当然ご自身の作品のなかでも、かさ歯車を使っておられます。

  概略の仕様を送り、かさ歯車制作のお願いをすると、若干の仕様変更で作れる連絡があ
  りました。
  モジュールが1.3、歯数が24と32(歯数比3:4)になるようです。
  びっくりです。 五日後には、かさ歯車が郵送されてきました。
  ほれぼれする出来映えです。

  早速、組み立てを始めました。 なんの手直しもなしに、楽々組み立てられました。
  なんとも言えないスムーズな回転です。
  木製のかさ歯車は、木製の空中ブランコとマッチして、とてもいい感じです。
  三松さん、ありがとうございました。

  もしも落ちたときの保険に、基礎フレーム部は、ウレタンクッションを、全面に貼りました。
  少し堅かったようです。飛びはねて、枠からこぼれ落ちます。
  後日、もう一枚、柔らかいものを貼り合わせることにします。


  総合テストを重ねる中で、細かい修正をしました。
  最初は、赤帽ピエロ、青帽ピエロとも、成功率が100%とは行きませんでした。

  よく見ると、鼻の先の塗りがはがれています。
  鼻がアルミの手すりに当たって、はじかれて落ちるようです。
  ピエロの鼻を一回り小さくしました。
  これで、赤帽ピエロは、ほぼ100%の成功率となりました。

  青帽ピエロは、それでも60〜70%の成功率です。
  この後、青帽ピエロの落ちる原因が分からず、ずいぶん苦労しました。
  体の中のピニオンとラックの噛み合せを、よりスムーズにしたり、バネを強くしたり、腕の形
  を変えたりしてみましたが、うまくいきません。

  結局、赤帽ピエロと青帽ピエロの重心の位置の違いに原因があったようです。
  青帽ピエロは、最終的に、胴内に錘を35g追加して、270gになりました。
  これで青帽ピエロも、ほぼ100%の成功率になりました。

  どうやら完成しました。
  これまでの江戸からくりの作品は、子供たちに触らせることができませんでした。
  この作品は、からくりの面白さ、不思議さ、楽しさを、子供たちと一緒に体験できるものと
  思います。
  デビューの日が楽しみです。


  作品は、組立、解体が出来るようになっています。
  大きな作品なので、普段は解体してコンパクトに収納しておきます。
  それでも、ちょっと嵩が高いですね。

  収納箱は、これから作ります。
  そのまま宅配便で送れるようなものにするつもりです。

  これで大同大学 西堀研究室 西堀賢司先生にも報告が出来ます。
  実は、明日、ロボット2体(赤帽ピエロ、青帽ピエロ)を持って、大学祭に行こうと思っています。
  台風が来ています。心配です。
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 2011.6.14 ロボット(ピエロ4〜6号) 制作

     
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  台風が急速に勢力を落としてくれたおかげで、大同大学の大学祭に行くことができました。
  大学祭は、雨にもかかわらず、多くの学生たちで賑わっていました。
  西堀研究室も、空中ブランコロボットの展示実演コーナーを作って、研究成果のアピールを
  していました。

  私も、持ち込んだロボット2体(赤帽ピエロ、青帽ピエロ)を実演し、参加させてもらいました。
  大学のブランコと私のブランコでは、傾斜角度の違いがありましたが、ロボットはそんな違い
  もものともせず、上手にブランコを渡ってくれました。

  顔の表情といい、温もりを感じさせてくれる木製といい、大学のロボットより、私のロボットの
  ほうが趣がありますね。
  大学の樹脂と金属で作られたロボットは、いかにもロボットという冷たい感じがします。
  研究のためには、楽しさなど必要ありませんが、人に見せる実演となると考えものです。


  私のロボット、西堀賢司先生に、外見も含めて気に入っていただけたようです。
  嬉しくなって、ロボットを2体寄贈する約束をしました。

  というわけで、帰って早速制作にかかりましたが、どうせなら、足も含めて、外見がすべて木
  製になるようなロボットにすることにしました。
  ロボットは、ある範囲の重さが必要なことと、重心の位置も関係してくるため、パーツの重さ
  を計測しながら、制作しました。
  赤帽ピエロ、青帽ピエロは、胴内錘は真鍮でしたが、今回鉛に変えました。
  また、帽子の色、顔の表情も、いろいろ変えてみました。

  今回、黄帽ピエロと桃帽ピエロの2体を送ることにしました。
  元気に活躍してくれることを祈っています。
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 2011.6.26 ロボット(ピエロ7、8号) 制作
   
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  桃帽ピエロの表情は、可愛かったですね。
  大同大学に寄贈して、いなくなると寂しくなりました。
  新たに我が家にも桃帽ピエロを置くことにしました。

  ここまで仲間を増やすと、色的に緑帽ピエロもほしくなりました。
  とうとう五色帽ピエロの勢揃いとなりました。
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