Royal Collage of Art

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 Gizmoプロジェクト。ここまでのプロジェクトでは多角的な視点で背景を語れるようなアウトプットが求められていましたが、このプロジェクトは非常に単純な要項しか求められません。機械的な構造を含んだものを作りなさいというお題です。が、設計時に必要となった数値を可能な限り明らかにすることだけは義務付けられています。3週間のソロプロジェクトです。
 何でも良いと言われると、逆に何を作るべきかで迷ってしまいがちです。僕も基本的な方向性は早めに決め打ちしたのですが、具体的なアイデアに落としこむのに悩みました。とりあえずストーリーから考えてみようと思い、身体に影響を与える空想の生物のような設定を考えました。体表に生息するロボットのようなイメージです。センサーやアクチュエータを積んでいれば、体温や皮膚の状況のログを取ったり、神経に刺激を与えながら体表を移動していくロボットになりそうだなと。とりあえず必要な機能は、ナメクジのように様々な面に張り付きながら移動できることとして設計を始めました。
Gizmo Project. The old projects so far in IDE required outputs has multi view points back ground. But this project only require pretty simple things. The subject is making something including mechanical factors. We were supposed to try to make numbers clear including calculation of mechanical design. This is 3 weeks solo project.
In case of you got the condition you can make whatever you wanna do, sometimes you tend to be wonder. I decided basic direction in early phase but I wondered to lead the direction to concrete idea. Finally started with considering the story, I set the assumption of imaginary creature relating to the human body. The image of the work is a robot living on the body surface like epizoon. If they have sensors and actuators they can collect the log of body temperature or skin condition, also they can stimulate the nerve with changing their position by themselves. The design started with fundamental factors of condition, it has to move on the curvy surfaces with adhere well like slug.

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 必要な要件は「1:体表の曲面に沿うことが出来る程度の柔軟性」「2:粘着性のある部位が常に接地するような移動」の2点として考えました。1個のモーターで全体を駆動できて、位相の異なった角度の足が360度分あるゲジゲジのような機構を思いつきました。1個のウォームギアと位相が30度ずつズレている足の付いたウォームウィールという構造です。歯数12のウィールに対してギアが一条(細長いウォームギアが1回転する毎にウィールの歯が一枚送られる構造)なので、このモデルでの減速比は1/12ということになります。それぞれの足先に粘着性のあるシリコンのカバーのような物を被せれば、ナメクジのような移動が実現出来るのではないかと考えたわけです。
 ところで、話が逸れますがこうしたギアなどの機構で遅い回転を取り出すのにはいくつか理由があります。DCモーターは原理上、早い回転を生むのには適していますが力強い回転を作ることは苦手です。多くの用途で、そんなに早い回転は要らないけど、もっと力(トルク)の強い動力が欲しいということがあります。例えば今回のロボットを歩かせるのに15000rpmなんて回転は必要無いですが、ロボット自体の重さを引きずりながら歩くだけのトルクが必要です。電圧の変化で速度を変化させることもできますが、トルクが増すわけでは無いので有用ではありません。そこでメカニクスの出番です。先に書きましたが、減速比というものがあります。ギアなどの組み合わせによって回転数を減らしながらエネルギーを伝達していく際の「どの程度回転数が減ったか」の値です。回転数が減っても同じ量のエネルギーが伝達されているわけですから、それは力強さとして伝えられます。つまり高回転低トルクのモーターから低回転高トルクの力を取り出すことが出来るのです。エネルギーは伝達される際にロスが発生しますが、それを無いものとして考えると減速比1/12の場合トルクは12倍になります。
 まだ全体の重量や使用するモーターの仕様が決まっていないのでこの設計は検討用の暫定的なものです。
Requirement 1 is “Flexibility can be suitable for the curvature of body surface”, requirement 2 is “The moving way which always faces the surface with a sticky part”. And I got 1 idea one motor can drive whole body consists of the legs with different phase angles. One worm gear and different angle worm wheels, each wheels sets the angle for every 30 degrees. The each wheel has 12 teeth and single thread gear so the reduction ratio is 1/12. I thought if this mechanics get sticky covers on the edge of legs, it can move on the curvy vertical surfaces like slug.
By the way, there several reasons to make slower rotation by using mechanisms. Because of theoretical property, DC motor is suitable for making high speed rotation but not good at generating high power rotation. In many ways, we don’t need such a high speed rotation but need more high torque power. For instance, in case of this robot I don’t need 15000rpm rotation to make it movable but instead of high speed rotation I need more torque enough for moving the weight of robot itself. I can change the speed of rotation by changing the voltage but it doesn’t mean increasing torque so this way is useless. So I needed to make mechanics. There is reduction ratio which means how rotation speed is reduced by combination of the gears or other mechanical components for transmitting energy. Same amount energy transmitted even though the rotation is reduced, energy is transmitted as power. Using this theory we can generate low speed high torque power from high speed low torque motor. In generally there is energy loss in transmitting process but as a principle reduction ration 1/12 is equal to by 12 torque.
This design is still temporary edition for study because whole weight of the robot itself and specification of the motor is not fixed at this time.

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 基本的な駆動方法はこの構造でいくとして、このままだと柔軟性がありません。どのような設計にしようか迷っていると、技術指導のチューターにシャフトカプラを使用することを勧められました。シャフトカプラとは、回転するシャフト同士を接続すると同時に、バネのように切り抜かれた構造を持っているために柔軟性を持たせることの出来る部品です。ナイロンSLSという方式の3Dプリンティングで出力すると良いというアドバイスもあり、ウォームとシャフトカプラを一体成形したパーツとして設計することにしました。また、使用するモーターもただのDCモーターよりもギアードモーターという遊星ギアが内蔵されたモーターの方が減速比が稼げるという点を踏まえて選択しました。モーターの回転数に基づいてギア比も変更してあります。モーターに内蔵されたギアの減速比は1/4、ウォームギアとウィールによる減速比は1/19で、モーターの回転数は最小駆動電圧3vの時に350rpm、最大電圧12vの時に1800rpmです。モーターの回転数はウォームによって減速されるので、脚は最小電圧時に3~4秒に一回転、最高電圧時に1秒で1.6回転ほどになります。また、今回はギアの設計に関してはインボリュート曲線を用いていません。が、このような小さなスケールの場合は伝達効率はある程度無視できると判断しました。
 ウォームギアとウィールを固定するブラケットも設計しました。各々のウィールがギアの回転につられてギア上を回転してしまわないように拘束をしなければいけなかったのですが、ここは色々と迷いどころの多いポイントでした。ぎっちり拘束してしまうと柔軟性が失われてしまうので、ブラケット同士をつなぐ部分にはある程度の遊びを持たせなければならないのですが、その分量を決める基準が無いので、とりあえず出力してみなければ分からないという状況でした。感覚的に遊びの分量を決めて、試作サーキット一回目の出力、組み上げをして実験をしました。
I decided to use this basic structure for final model but still it racks flexibility. When I was wondering, technical tutor gave me some advices. He recommended me to use shaft coupler. Shaft coupler is a connector for mechanical junction and it has spring like structure so it can give flexibility. Also I got advice using nylon SLS 3d printing for mechanical parts so I decided to make one composite part of worm gear and shaft coupler. I chose geared motor rather than using dc motor. Geared motor has planetary gear inside so it has advantage at reduction ratio. Based on rotation speed of the motor I changed gear ratio of the wheels. Motor has 1/4 reduction ratio and drive 350rpm at minimum voltage 3v, 1800rpm at maximum voltage 12v. This rotation speed is reduced by worm gear to 1/19 so each leg rotate 1 rotation per 3~4 seconds at minimum, 1.6 rotation per 1 second at maximum.
I also added bracket holding worm gear and wheels. I had to design this bracket to avoid each wheel rotate on center shaft so I designed it like connected. I really wondered at designing this section. If I made this part too much stiff, the robot gonna miss flexibility. I needed to design some rooms between the structure but I didn’t have guide information to design it so I tried to print out actual parts anyway. This is the first prototyping circuit.

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 試作サーキット2週目。1回目の試作のロボットはメカニズム自体は動いたものの、自力で上手く歩行することが出来ませんでした。脚同士のピッチが短過ぎてボディが曲がったときに脚同士が干渉してしまう問題や、モーターを支持するブラケットの設計が悪いことなどがあったからです。全体のパーツの中でモーターが一番重い部品なので、これを上手く支えながら動かなければなりません。1回目で発見した問題点を修正したデザインで2回目の挑戦です。
 無事に歩けるようになりました。プロジェクト自体はここで時間切れ。可能であれば進行方向の転換や無線化などまでやってみたかったのですが、実際に体表を歩けるようになるまではちょっと大変そうですね… どこかで時間があれば改良してみたいです。
The second prototyping circuit. In the first prototype, mechanism itself works well but the robot cannot move. There were some problems, pitches between legs were too short, motor bracket was not designed well. The motor is heaviest part in all of the parts so it must be supported well. I tried second time prototyping circuit with modified design.
Finally it become to be able to move by itself. Project duration was running out at here. If I could I wanna improve some points to control the direction and wireless control. In my impression still there is a long way to achieve the robot can move on the body surface.

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 今回の記事はRio Tintoという会社にスポンサードされたプロジェクトのお話です。テーマはパラリンピックで期間は4週間、今年ロンドンで開催されるオリンピックとパラリンピックに関連しており、パラリンピック競技に関係した領域でのデザイン提案や問題点の洗い出しがプロジェクトのメインテーマです。まず、プロジェクトのブリーフィングとして実際のアスリートの方々にインタビューをするセッションが開かれました。パラリンピックの場合、障害の種類によっての区分が細かくなるので、一口に自転車競技や短距離競技と言っても様々に異なった種目が存在します。100メートル走だけでも男女合わせて10個以上の競技数になるといったような具合です。
In this time, I’ll describe about Project which is sponsored by the company, Rio Tinto. The project treats Paralympic as a theme and the duration is 4 weeks, relating to Olympic held at London in this year. We were supposed to suggest the design ideas or exploring the problems lurk in the things of Paralympic. In the beginning of the project, we had several times of briefing session with Paralympic athletes to interview the experiences of them. In case of Paralympic, the sorts of the events are minute and various so in one event like bicycle has a lot of different events inside. Only in 100m dash event they have more than 10 gold medals.

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 選手へのインタビューを終えて、対象と出来るようなポイントを探りながらの話し合い。槍投げ選手のスコット・ムーアハウスさんの意見を参考に、義足のソケット部分の改良へ的を絞りました。理由としては、義足そのものの進化に比べてソケット部分の改良は遅れているということと、体に接するソケットの快適さは選手の練習時間やメンタリティにも大きく影響するだろうという点です。実際に足の石膏型を取ったり、大量のスケッチをベースにモデルの方向性を検討していきました。
After the interview, we started the discussion to find out the target points. Based on the opinions of Scott Moorhouse who is a javelin thrower, we narrowed down the targets to improvement of the socket of prosthetic. As reasons of choice of the target, there are some things that the delay of improvement of the sockets compared to the improvement of the prosthetic itself. We thought comfort of sockets are largely effect to the practice duration and mental. Study works started with making an actual plaster leg mould and large amount of sketches.

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 アプローチした課題点は「筋肉の収縮への対応」、「着脱の容易化」と「透湿性の確保」の3点です。アスリートは筋肉が発達しているので、カーボンなどのハードケースのソケットで覆われていると筋肉の収縮が圧迫されてしまうということ。また練習後にソケットを外すために何十分もかかってしまうという不便さ。そしてソケットが汗を発散させないために、コップのように汗が溜まってしまうという問題点。可能な限りソケットに使用する素材を減らしたオープンストラクチャーを実現するために、ボロノイ図をベースに骨繊維にも似たようなパターンの構造をアルゴリズムで生成。このストラクチャーは透湿性の確保にも役だっています。インナーにもシリコンなどではなく、通気性の高いメッシュ素材を使用し、スノーボードのブーツなどに使用されているような締め付けを調整できるダイヤル機構を装備しています。
Approaching targets are “Optimizing to the muscle contraction”, “Facilitating the attach and detach”, “Obtain the moisture permeability”. Athletes have advanced muscles so the contraction amounts are comparatively large. Existing hard case socket is not suitable for this property. Also existing socket enforce the athletes to take long time to detach after the training. In addition, fully covered environment can not allow to diffuse sweat. We choose the open structure to solve these problems. By using an algorithm, we make structure patterns similar to the bone fiber based on the Voronoi diagram. Inner material is well ventilated mesh. It also equips adjusting dial to adjust the tightness like boots of snow boarding.

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 モデリングはRhinoceros、Grasshopperというプラグインでボロノイ図をベースにした穴開きパターンを生成するパッチを組んでいます。最終のモデルは外部のモデルメーカーに発注して制作してもらいました。このプロジェクトはメディア露出が多く、BBCの夜のニュース番組や日本のデザイン誌AXISなど様々な媒体に紹介されたようです。結果として興味を持ってくれた方々からのコンタクトが色々とあり、更に開発を進める方向に話が進んでいたりします。上手くいけば南極探検に使用されるかも?
Modeling is done by using Rhinoceros and Grasshopper plugin. We made patch for generating porous structure with Voronoi diagram. Final physical model are made by external model makers by ordering. Finally this project has lots of opportunities to present in different media. As a result, we got some contacts from people who has interesting for further development. It is still on going with slow pace.

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 前回の記事から大分時間が経ってしまいましたが、夏休みになり時間が取れそうなので、僕が参加してきたプロジェクトに関してのお話をまたまとめようと思います。前回のSuperformが終わった後に年末年始を迎えたので、年明け最初のプロジェクト「I’ll Take 9」のお話からです。
 SuperformはIDEの一年時では最長の6週間のプログラム且つ個人での制作でした。それまではほとんどが一週間単位でのグループプロジェクトだったので、初めてのマトモな制作課題であったとも言えるのですが、対して年明け一発目のI’ll Take 9は3週間のグループプロジェクト、かなりトリッキーな構成になっています。初回のブリーフィング時にグループが指定され三人組を組まされます。このプロジェクトのトリッキーな点というのは、与えられるサブジェクトと、一週間単位でサブジェクトが次のグループに受け渡されていくということ、そして最終的に9つの少量生産を行わなければいけないということです。
It has been a long time after the last post I wrote. Fortunately I could have plenty time for making documentation about IDE projects because I got summer holidays. Gonna start writing again with “I’ll Take 9″ project which is the first project after the new year and being famous for it’s trickiness.
The last post was about “Superform” project and which has been 6 weeks individual project. Before Superform, we only had quite short duration projects so this I’ll Take 9 was the first sure group project for us. At the beginning we assigned to 3 people groups. The trickinesses of the project were subjects and circulation of the topics between each groups, also the thing which we supposed to do small production processes to make 9 products.

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 どのようなお題が与えられるかというと、ブランドと道具、製造方法の組み合わせによって決められます。例えば一週目に僕らが受けたお題は「イタリア、オリベッティ社」の「レモン搾り器」で、使用可能な製造方法は「射出成形、押し出し成形、超音波接着」といったような組み合わせです。提案しなければいけない道具はレモン搾り器ですが、同時にタイプライターで有名なイタリアのオリベッティ社のアイデンティティも兼ね備えているようでいなければいけません。
 与えられた条件で最初の一週目に3本のアイデアを制作し、他のグループの前でプレゼンテーションを行います。プレゼンを受けたグループは提案された3つのアイデアの中から一つを選択するのですが、それが翌週の自分たちのお題となり、さらに開発を続けていくことになります。つまり、常に自分たちが提案の仕手と受け手である状態なのがこのプロジェクトの面白い所で、自分たちはコンサルタント的な立場であると同時にクライアントでもあるわけです。そして最終週に実現可能なデザインと素材を使用し、量産を自分たちで行うといった流れになります。
 僕らはレモン搾り器のプレゼン後に、BICというメーカーの電卓というテーマを受け取りました。BICというメーカーは100円ライターや安価なボールペンの製造で有名なメーカーで、受け取ったアイデアはディスポーザブルな使用済み乾電池を利用した電卓というアイデアでした。2週目では、受け取ったアイデアを元に、単品の試作を制作していくことになります。
The subjects for each groups are consisted of the brands, the tools and the production process. For example, the subject we got in the first week was lemon squeezer made by Olivetti in Italy and usable production processes were injection moulding, extrusion moulding, vacuum forming. Olivetti is famous for typewriters. So we had to suggest the lemon squeezer which had identity of Olivetti and also it must be able to be made with given production processes.
Each groups had made 3 concepts based on the subjects and did presentation to the other group. Client group had to chose one concept from the presentation so that they continue the development of received idea. Every group supposed to be consultant and at the same time to be client. In the final week all groups must do small production with achievable design and materials.
After lemon squeezer, our group got the subject of calculator made by BIC. BIC is famous for large numbers of productions of cheap lighters or ballpoint pens. The idea we received was using used battery with disposable design. We started the development based on the received idea in the second week.

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 バキュームフォーミングで成形したパッケージに使用済み乾電池を入れたデザインの試作を次のグループに託し、3週目はとうとう量産段階です。この時はマクラーレン社のじょうろというお題でした。マクラーレン社といえばMP4 C12で有名なスポーツカーブランドです。受け取ったアイデアから二転三転しながらも、最終的には9つの製品を完成させることに成功しました。このじょうろの紹介文を最後に掲載しておきます。
A watering can designed for exclusive indoor small plants based on analysis of McLaren’s identity. Application of their highly functional approach to problem solving was implemented hence; an precision vessel suspended within a monocoque chassis delivering stance, grip and mechanical fixture.
After the developing of the prototype of calculator with vacuum forming, we passed the prototype and idea to the next group and got the new idea for the third week. The third week is for the production and the final week. The final subject we got was watering can of McLaren. McLaren is famous brand for super sports, MP4 12C. Finally we succeeded to produce 9 products with sheet metal working, vacuum forming and sandblast. The sentence below is about the concept of McLaren watering can.
A watering can designed for exclusive indoor small plants based on analysis of McLaren’s identity. Application of their highly functional approach to problem solving was implemented hence; an precision vessel suspended within a monocoque chassis delivering stance, grip and mechanical fixture.

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