モジュラーロボットを作った話

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　　　　　　　　　　　　　　　　 takijo_kota(瀧上　孝太)

Agenda

・モジュラーロボットとは？

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・過去のモジュラーロボット(抜粋)

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・自作モジュラーロボットの紹介

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・モジュラーロボットの振り返

前回の内容

(自己再構成型)モジュラーロボットとは？

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→いくつかのモジュールで構成され、変形により構成物を生成するロボット

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特徴：

・モジュール自体がロボットで、モジュール自体が移動して構成物を生成する

・複数の環境に適応できる

・複数のタスクに適応できる

・分散システム

・損傷の際に損傷したモジュール単位で修理ができる

・均質タイプ、非均質タイプがある

均質タイプ

非均質タイプ

過去のモジュラーロボット(抜粋)

参考

https://en.wikipedia.org/wiki/Self-reconfiguring_modular_robot?utm_source=thenewstack

&utm_medium=website&utm_campaign=platform

参考

https://en.wikipedia.org/wiki/Self-reconfiguring_modular_robot?utm_source=thenewstack

&utm_medium=website&utm_campaign=platform

過去のモジュラーロボット(抜粋)

過去のモジュラーロボット(抜粋)

過去のモジュラーロボット： Molecubes　(Cornell University)

特徴：

・セル単体で3次元に姿勢を変えられる

・移動が直観的ではない

・姿勢を切り替えるだけなので単体では

　移動できない

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構造：

・自由度1、アクチュエータ数1

・xyz対抗軸上にモータを1つ配置

・アクチュエータによりx-y-z面の3面に

　ロック面を切り替えられる。

　ロックはマグネット。

過去のモジュラーロボット： M-tran　Ⅲ(AIST ＆ TIT)

特徴：

・構造がシンプル

・動きが直観的

・様々な形に変形、変形後に動く事も可能

・モジュラーロボットの先駆者的存在

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構造：

・自由度2、アクチュエータ数2、

・セル間をリンクで繋いだロボット

・各セルにモーターが配置されており

　自転と公転ができる(無限回転はできない)

・ロボット間のロックは電磁石で行っていたが

　後に、ラチェット型の機械式ロックに変更された。

・ラチェット型の機械式ロックはモジュラー

　ロボットに広く使われる。

過去のモジュラーロボット： Roombots　(EPFL)

特徴：

・自由度が高い。ロック面が6面全てに切り替えられる。

・ロボットをマニピュレータやモビリティだけでなく構造体として扱う考えが斬新

・セル単体での移動も可能

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構造：

・自由度3、アクチュエータ3

・Molecubesをモータで繋いだロボット

・自転用に2つ、公転用に1つの計3つの

　モータを持つ。

・ロックはラチェットタイプの機械式。

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過去のモジュラーロボット： SMORES　(Pennsylvania University)

特徴：

・セットではなくセル単体での移動が可能

・車輪型である為、動きが直観的

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構造：

・自由度4、アクチュエータ数4

・Tilt用およびPanは3つのギアで実現される

・ロックはシャフトタイプの機械式(シャフトを穴に挿入する)で

ロックおよびロック解除に使われる

(破壊防止の為にラチェット式ではない)

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過去のモジュラーロボット： M-blocks　(MIT)

特徴：

・駆動系にリアクションホイールを採用

・セットではなくセル単体での2次元移動が可能

・高速移動が可能、ジャンプもできる

・後にリアクションホイールをx-y-z面にplane changeさせる機能が追加され(M-blocks2)、3次元移動が可能に

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構造：

・自由度：1、アクチュエータ数1

・リアクションホイール用のブレーキは機械式

の摩擦ブレーキを使っている。

・ロボット間のロックは隅のマグネット。

・plane changeはx-y-z対抗軸を回転させることで実現

・対抗軸の回転はリアクションホイールで行い、

　固定は形状記憶合金

(plane change用のモータは搭載していない)

過去のモジュラーロボット： Dragon　(JSK)

特徴：

・飛行型モジュラーロボット

・空中でモノを運んだり、掴んだりもできる

　(最近は歩いてた)

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構造：

・自由度：4、アクチュエータ数4

・2個のジンバルモータ、2個のジョイントモジュール

・結合状態での変形は確認できるが、結合の着脱が

　できるかは不明

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過去のモジュラーロボット： FreeBot (香港中文大学)

特徴：

・球体型モジュラーロボット

・ボディが金属でできており、内蔵された磁石を移動

　させることで他モジュールとの離着を行う

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構造：

・自由度2、アクチュエータ数2(左右のタイヤ)

・結合箇所に制限がない(ラッチの様に場所が決まってない)

・結合力は22.6[N]

・最大結合数が12で多い、構成メカパーツが24で少ない

　など今までのモジュラーに対しても競争力がある

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モジュラーロボットで作りたいもの

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プログマブルマター：

ソフトウェアの様にプログラミング可能な物体

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物体の特性は形状だけか？

色、柔らかさ、温度、表面の質感...etc

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モジュラーロボットと相性が良い物体の特性は何か？

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ソフトロボットとしてのモジュラーロボット

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・柔らかい素材で構成されるソフトロボット

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・柔らかさは材料だけでなく、動く箇所の数でも決まる

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・動く箇所が無数にあるモジュラーロボットもソフトロボットになりうるはず

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・物体の特性として剛性(柔らかさ)がモジュラーロボットと相性が良い

広瀬茂雄先生のソフトグリッパ

特徴：

・アクチュエータは1モジュール2個

・モジュール単体で移動可能

・リンクの動きにより剛性変化可能

可変形状＆剛性モジュラーロボットM-W

構造

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システム構成

マグネット

フレーム

基板

モータ

バッテリ

リンク

M-Wの構造

思ったこと

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・モジュラーロボット楽しい！

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・全然よしなに動いてくれない！

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・結合物としての性能を求めるなら各モジュールにもそこそこの性能が必要

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・各モジュールが動かなくてもプログマブルマターを作る方法はないか

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・どのロボットも非均質のモジュラーロボット

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to be continued…

M-Wの振り返り

モジュールアセンブリロボットとは？

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→いくつかのモジュールを移動させることで、構成物を変形させるロボット

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特徴：

・モジュール自体はロボットではなく、アセンブラロボットがモジュールを移動して構成物を生成

・一局集中システム

過去のモジュールアセンブリロボット(抜粋)

特徴：

・モジュールを組み立て、その構造物を自らも移動する

・モジュールアセンブリロボットの先駆者的存在

・モジュール間のロックは機械式

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構造：

・自由度4、アクチュエータ数6(ロック用に1個ずつ)

・ロックは機械式のラチェット方式で行われる

・モジュールはロボットとのロックとモジュール間ロック

　の2つを備えている

・元々はロボットがコネクタドライバを駆動してモジュール間

　ロックを操作する設計だったが修正でモジュールにサーボが内蔵された

過去のモジュールアセンブリロボット： AMAS (TIT)

特徴：

・モジュールを組み立て、その構造物を自らも移動する

・モジュールアセンブリロボットには珍しい車輪式

・モジュールは積立式でモジュール間ロックはなし

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構造：

・アクチュエータ数3

・ロボットは各々のオンボードのセンサ情報のみで行動

　(ライントレース、衝突回避など)

・簡単なルールに則ったルーチンのみのロボットの動作

　で複雑な構造物を生成する

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過去のモジュールアセンブリロボット： Insects robot(Harvard)

特徴：

・モジュールを組み立て、その構造物を自らも移動する

・宇宙での構造物建築の用途を想定

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構造：

・自由度5、アクチュエータ数5

・ベースはInchwarmrobot

・ロボットとモジュール間のロックは機械式回転式方式

・モジュール間のロックはマグネットで行われる

過去のモジュールアセンブリロボット： BILL-E(MIT)

特徴：

・モジュールを組み立て、その構造物を自らも移動する

・モジュールを自らのボディの一部にする寄生式？

・モジュラーシステムがスケールアップすると、

　移動時間とパス計画の複雑さの増加により構築効率

　が下がる為にこの方式が提案

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構造：

・結合は電磁石、各面50N

過去のモジュールアセンブリロボット：

hierarchical modular robotic swarms (MIT)

余談2: 3Dプリント建築 VS モジュール建築

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・FDM方式で建物を作る3Dプリント建築

・自由自在のデザインの建築が可能

・一方で造形時間、強度などに課題あり

・コンテナ建築、レゴブロック建築などのモジュール建築もありでは？

特徴：

・3次元での変形が可能

・モジュールは複数種類に対応

・モジュール間ロックは強度の出る機械式

・モジュール間ロックはアセンブラロボットが操作(モジュールにはアクチュエータを入れない)

・変形家具として使える(流行りのスマート家具)

自作モジュールアセンブリロボット(MimiX)の紹介：特徴

構造

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システム構成

自作モジュラーロボット(MimiX)の紹介：構造

J4

J5

J6

J7(ロック用)

J3

J2

J1(ロック用)

床

ロックもしくはラッチ

ラッチ

ロック軸

ピン

振り返り

・変形可能＆高強度のモジュールシステムを作った

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Future Work

・ロボットモジュール(モジュラーロボット含む) + モジュールアセンブリロボット = ?

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to be continued …

モジュールアセンブリロボット(MimiX)の振り返り、Future work