3Dモデルをいろいろ作ってみたい

3Dモデルをいろいろ作ろうとがんばっています。苦労した点、役に立ちそうな情報を発信していきます。

SF的妄想設定: 市田屋工務店製 レイバーロボ 太郎丸

今回、3Dモデリング的には何も進展はないのですが制作中のオリジナルロボットの背景というか世界観みたいなものを妄想したので記しておきます。

まず、開発対象を単に「ロボット」というのも味気ないので、人間の肉体労働を強化・代替するロボットという意味でレイバーロボ(Labor Robot)と呼ぶことにします。先日紹介したレイバーロボ試作1号機の市田工務店社内での正式型番はPLR-18-01です。PLRはPrototype Labor Robotの略、18は3Dモデルの主バージョン番号、01は実際に3Dプリントした1号機であることを示しています。ただ、開発メンバーからは「太郎丸」という愛称で呼ばれています。

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レイバーロボ 太郎丸

太郎丸の基本スペックですが以下のようになります。

分類 汎用2足歩行型作業機械
型番  PLR-18-01
体高 25.2m
重量 55.1t
動力炉出力 1.7MWat
写真は1/144スケールのミニチュアです。
 
以下、弊社レイバーロボ開発課、設計・開発主任A氏のコメントです。
市田工務店としては初のレイバーロボの開発ですので、基本方式としては実績あるZeon-ZAKUデザインパターンを採用しました。胴体モノコック、胸の裏側にコックピット、その下の腰部分に動力炉を配置するオーソドックスな構造です。この動力源の素粒子反応炉は西銀河W-04宙域アキバ星系の自由市場で調達しています。ノーブランド品ですが、航宙公社規格A-4クラス認証済で最大出力は1.7メガワットをたたきだします。あの四ツ星重工製の高級機「誉-III」型にもひけをとらない優れモノです。
動力伝達系、駆動系には弊社の独自技術である超々伝導管を採用しました。動力炉でメタ生成された仮想化運動エネルギーを伝導ロス0.03%以下で首、腰、四肢の関節駆動部に送っています。関節駆動部では梵天技研製の特級無摩擦整流子と超高圧仕様の回転子の組合せで仮想エネルギーをインスタンス化し関節駆動用回転モーメントを発生させています。メタ生成用のテンプレートを交換することで仮想化重力エネルギーを生成することも可能であり...」
技術オタクが好きな分野について話し出すと止まらないのでこのへんにしておきましょう。

3Dプリンタでどこまで小さいジョイントをつくれるか

年度末最後にモデリングしたのは自由度1の車軸ジョイントです。

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ジョイントのモデリング

 将来、変形ロボットに発展させることをにらんで3Dプリンタでどのくらい小さい可動ギミックを作れるか試してみました。左はプラモデル改造用に市販されているジョイント(ホビーベース社製)の中で一番小さかったもの(中央の丸い部分の直径が約6mm)です。残りの2つがAdventure 3でプリントしたものです。

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市販パーツとの比較

このくらい小さいものが作れるのなら、変形ロボットもなんとかなるかも。

耐久性はしばらく使ってようすをみないと評価できませんが。

 

試作8号機に塗装済みボディアーマーを装着

試作8号機に上半身のボディアーマーを装着しました。

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アーマー装着済全身像

頭部も4つのパーツに分けて作成し色塗り後に貼り合わせました。

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頭部拡大写真

ポーズをとるとこんな感じ。

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立ち姿 その1

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立ち姿 その2

 構成部品をひととおり作成してオリジナルロボットとしてはやっと試作1号機といったところでしょうか。

 

ロボットの塗装 2回目の挑戦 今回は脚だけ

まだ脚の部分だけですが再び塗装に挑戦しました。

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脚部のボディアーマーを塗装

 そもそもスジ彫りなんかで色の違う線がはいっているのは別々のパーツを装着しているからだろう、ということでボディアーマーも複数のパーツに分けてモデリングを行いそれぞれに色を塗ることにしました。

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ボディアーマー(脚部)のモデリング

骨格に直にとりつけるアーマーをガンメタリック(黒っぽい金属色)で塗り、その上に赤で塗ったパーツを瞬間接着剤で貼り付けています。ところどころで地のガンメタリックが表れてアクセントになるだろうというのがねらいです。

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塗装したアーマーパーツを骨格に取り付けたところ

個々のパーツに対してUVレジンを2回塗ってできるだけ積層痕を埋めてからガンダムマーカーで着色しています。今回はレジンを塗るときに筆はやめて(毛がつくので)目の細かめのスポンジを使い、UV照射時間や着色後の乾燥時間も十分にとりました。

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側面からみるとこんな感じ

しばらく試行錯誤が続くことになりそうです。

 

ロボット骨格に不具合発生、このまま量産化したらリコール?

ここのところロボット骨格にとりつけるボディアーマーの試作を続けていたのですがその過程でトラブルが発生...

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破損したロボット骨格

肘や膝の部分に使っていた車軸ジョイントの軸が折れて手足が外れるという事象が立て続けに発生したのです。

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折れた車軸関節の軸

関節の曲げ伸ばしをくりかえしているうちに疲労破壊が起こったと推察されます。PLAはABS樹脂などに比べて靭性が低いし、現状の3Dプリンタの出力では疲労破壊のトリガとなる表面や内部の細かい欠陥も避けられない、という意味では当然の結果ともいえます。ソフトウェアだと一度動いたコードは同じ状況で動かすかぎり何億回動かしても同じように安定した結果を返してくれるのですが、物理的なモノが何年か先まできちんと動くようにするって難しいですね。冗談で家電製品なんかが保証期間が過ぎたとたんに壊れるなんて言いますけど、これってある意味すごく緻密な設計をしているってことなんだと思います。

試作段階でわかったからよかったものの、もしこのまま量産化していたら大量のリコール発生となっていたでしょう。弱小企業の市田工務店としては倒産しかねません。

 車軸の耐久性は3D出力のときのパラメータ(積層方向やPLAの充填率)を変えることでも改善できそうですが今回はPLA以外の素材を使うアプローチをとってみました。購入したのは以下のようなシリコンチューブ(外径4mm、内径2mm)です。

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購入したシリコンチューブ

これを適当な長さに切って車軸関節の穴(直径4mmでモデリングしている)に押込みます。

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関節にシリコンチューブを差し込んだ状態

さらにシリコンチューブの穴に直径1.5mmのピンを差し込んでチューブが簡単に抜けないように固定します。シリコンゴムを緩衝材に使うことでピンが折れてしまうのを防ごうという目論見です。

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ピンを差し込んでシリコンチューブが抜けないようにする

今のところ関節の可動域や位置の保持力は問題ありません。耐久性が改善されたかどうかはしばらく様子を見て判断したいと思います。

ロボットの骨格を作る 試作8号機

3Dプリントの塗装をどうするかは方針を改めて考えるとして、ロボット骨格のほうは改善点が次々と思いうかんでくるので試作8号機を制作しました。

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試作8号機全身像

主な改善点は以下のとおりです。

  1. 肩関節のパーツを再構成して自由度3で十分な可動域を確保する
  2. 腰の部分の車軸ジョイントを除去
  3. 細すぎたボディを不格好にならない程度に大きくする

特に1.はポーズのとりやすさという点で大きな改善でした。ロボットハンドに必要な自由度5~6のうち肩関節の部分で3自由度を確保するのが重要だということが試作を続けていてわかってきたので、X,Y,Zそれぞれの軸ごとに3つのジョイント(車軸ジョイント2個とボールジョイント1個)を用意しました。結果、以下の写真のように肩を自由に動かしかつ望みの位置でホールドすることができるようになっています。

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肩の可動の実現

ボディアーマーについては試作7号機でうまくいかなかった箇所、右肩と右腰用を試験的に作成して装着しています。

ichidaya.hatenablog.jp

 アーマーを骨格パーツに張りつくように固定するのではなくて、軸やボールジョイントで可動するようにしてみました。

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肩ガードも可動する

上の写真のように腕を垂直に上げたとき肩パーツに取り付けられたガードも少しですが回転して腕の可動域を制約しないようにしています。

ロボットの塗装に挑戦、 初回は残念な結果に。

ロボットの塗装は前からやりたいとは思っていたのですが、

有機溶剤が必要な塗料は使いたくない

・筆とかパレットとか、塗料を入れる瓶とか整理がめんどくさそう

ということで極力安直な道具を捜した結果、ガンプラ用のカラーマーカーを試してみることにしました。

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今回塗装に使った道具

UVレジンで作った小物の着色にも使えるという記事をネットで見て、それならPLA樹脂の表面にレジンを塗布してからこのマーカーで着色すればいいんじゃないと思ったわけです。

下の写真は左が造形物を直接塗った場合、右がUVレジンを塗った上からの塗装です。UVレジン案は平らな面で試してみたときは積層痕も消えてわりといい感じだったのですが、ちょっと形状に凸凹があるパーツだと塗りむらが目立ちます。レジンを乾かしてから塗る前にやすりがけをしたほうがよかったかな。

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胸部アーマーの塗装例

塗装したパーツを装着した結果。頭部パーツもちょっと塗ってみたけどこちらはいまいち感がさらに強い... 失敗した夏休み工作みたいになってしまいました。

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塗装したパーツを装着