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折り紙ロボット

opensofthuman

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6月 6, 2019

Origami Robot is a paper based robot. When electricity flows in the SMA, a pulling force is generated and moves the robot according to the folded angle of the paper.

Video

Preparation time: 10 min

Process time: 1 hour

材料

厚めのコーティングされた印刷用紙 (NB-Wf-3GF100)
SMA (Bio Metal Helix)
電線2種類 (2 colors)
熱収縮ケーブル
MOSFET J681 2個
ピンヘッダー

道具

ペン
Arduino
半田コテ、半田
ブレッドボード
定規
ニッパー

手順

レーザーカッターの設定

カッティングするデータをレーザーカッターの機械に入れて、細かい設定を行う (Height, Volume, Power for each colored line, etc.)
折り紙ロボットのカッティングデザインはこちらからダウンロード : origami_cutting_pattern

Setting for Manual Control
– Black : Power 15.0%, Speed 100%, PPI 67, Z-Axis Off, Laser Both
– Red : Power 5.0%, Speed 92%, PPI 500, Z-Axis Off, Laser Both
– Green : Power 36.8%, Speed 61%, PPI 267, Z-Axis Off, Laser Both
– Yellow : Power 16.4%, Speed 100%, PPI 500, Z-Axis Off, Laser Both
– Blue : Power 8.5%, Speed 40%, PPI 500, Z-Axis Off, Laser Both

紙のセッティング

レーザーカッターが動く動線を考え、適切な位置に紙を置く。

紙のカッティング

レーザーカッターが設定した深さで紙に切り込みを入れたり、切断してくれる。終わったら安全を確認し、取り出す。

ロボットの形に折る

切り込みが入っているラインに従って紙を折っていく。

動きの確認

真ん中の繋がっている部分が柔らかく動くか確認する。動きが硬い場合や、はさみで少し削る。

SMAを作る

10mmの長さでSMAを2つ切る。一般的にSMAは金属のケーブルの周りに巻き込まれている。優しく表面のSMAを回して中の芯を取り外す。中の芯は要らないので捨てる。

SMAとワイヤーを繋げる

ワイヤーを45cmの長さで4本用意する。ワイヤーの間を少し剥いて結び目を作る。結び目の中にSMAを入れてゆっくりと締め付ける。

SMA

SMAの両端を同じく結んで2つのSMAを完成させる。SMAを作る方法は別のレシピもある。

半田つけ

ワイヤーのSMAを繋げてない方を少し剥いて結び目を作り、結び目の間にピンヘッダーを入れて締め付ける。半田付けする。

絶縁チューブ

半田つけした所に熱収縮チューブを挟み、半田コテで熱を加えて収縮させる。

中央をマーキング

折り紙ロボットの本体の中央をペンでマーキングし、はさみで少しだけ切り込みを入れる。

SMAを挟む

切り込みにSMAを挟む。

回路

SMAを回路に繋げる。

Arduino

Arduinoのプログラムで折り紙ロボットの歩きのパターンを自由にデザインできる。

More Information

Instructor in video : Lee Dongchi
Paper : D. Lee, K. Saito, T. Umedachi, T. D. Ta, and Y. Kawahara, “Demo: Origami Robots with Flexible Printed Circuit Sheets,” Adjunct Proc. of ACM UbiComp 2018, pp. 392-395, Singapore, Oct. 2018.

ミニ「伸びる」マッキベン型空気圧人工筋肉

nium

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9月 23, 2018

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オリジナルのマッキベン型（McKibben type）空気圧筋は、筋肉と同じように縮みますが、同じ材料を使って「伸びる」タイプのマッキベン人工筋肉を作ることができます。ちがいは、編組チューブを縮めた状態でセットすることです。

Video

作業時間: 60 分

材料

伸縮する編組チューブ（径変化6mm〜13mm）
デンカエレクトトロン NFL-6（モノタロウ）（ミスミ）
天然ゴムチューブ（外径8mm、内径6mm）
空気圧継手
- 異径I（1.5mm – 4.0mm）
  アラムミニコネクターS型 170203（モノタロウ）
- プラグ（4.0mm）
  チューブ用ストッパープラグ VSP406（配管部品.com）（ミスミ）（アマゾン）
ケーブルタイ（幅2.5mm）

道具

金属ロッド（直径6mm、長さ約150mm）
エアーチューブ（外径3.2mm、内径2.0mm）
SMC、ポリウレタンチューブ TIUB01
ハサミ
定規
注射器
ケーブルタイガン (オプション)

手順

スリーブの用意

編組チューブを使いたい長さの3倍の長さに切る。例えば今回は240mm（=80mm×3）くらい。金属ロッドに切ったスリーブを通し、端をケーブルタイで固定する。ロッドに沿って編組チューブを押し込んで、それ以上太くならず縮まない状態のまま、ケーブルタイで端を固定する。

スリーブの熱処理

金属ロッドに固定した編組スリーブを、120℃のオーブンに20分入れる。縮んだ状態をキープして戻らないようにするため。

ケーブルスリーブとゴムチューブの用意

金属ロッドに固定したまま、編組チューブが目いっぱい縮んだ状態で、長さを測ってテープで印をつける。例えば今回は80mm。印をつけたら編組チューブを金属ロッドからはずし、印をつけた長さにはさみで切る。

ゴムチューブも同じ長さで切っておく。例えば今回は80mm。

コネクタ挿入

継手をゴムチューブの端に差しこむ。

結束

編組チューブの中に継手付きのゴムチューブを入れる。継手をつけた側で、編組チューブとゴムチューブの端を合わせ、結束バンドでしっかりと締め上げる。結束バンドの余分なところを切る。

プラグ挿入

プラグをゴムチューブの反対側の端に差しこむ。

仕上げ

プラグを挿入した端のゴムチューブと編組ケーブルスリーブをまとめて、結束バンドでしっかり締め上げる。結束バンドの余分なところを切る。

テスト

作った人工筋肉の継手にエアチューブをつなげ、注射器で空気を入れて動作を確認する。

空気で動くパウチモーター（縮むタイプ）

カテゴリーなし

opensofthuman

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8月 18, 2018

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シーラーでナイロンフィルムを止めるだけですぐ作れる空気で動くパウチモーター。

Video

作業時間: 20 分

材料

ナイロンフィルム (厚さ 0.05mm~0.09mm)　Nylon-LDPE film 購入先リンク
注射器（シリンジ） Termo 購入先リンク
チューブ（内径 2mm） SMC TIUB01W-20 購入先リンク
注射器とチューブをつなげるコネクター（外径 1.5mm）ルアーフィッティング購入先リンク
チューブとパウチをつなげるコネクター (3Dプリンター用の設計ファイルはメールで問い合わせてください）
両面テープ（強力タイプ）
セロハンテープ
厚紙

道具

熱シーラー NL-202J 購入先リンク
ハサミ
キリ
油性ペン

手順

型紙の印をつける

印刷した型紙の上にナイロンフィルムを乗せて、油性ペンで印をつける。

フィルムのカット

印をつけたあと、ハサミで適度な大きさに切る。この時、フィルムが離れたりズレないように気をつける。フィルムが裏返ったりするときちんと閉じない場合がある。

シーラーで外枠から貼り合わせる

シーラーの温度設定は2.5ぐらいにして、適宜調整する。重ねたフィルムをシーラーの閉じる線にきちんと合わせて、２秒ほど押さえる。短いとちゃんと閉じない場合があるので、カチンという音がなるまで2秒ほど待つ。貼り合わせられたのを確認する。印に合わせて外枠から順番に貼り合わせていく。

厚紙を挟んで貼り合わせる

真ん中の空気が通る道は厚紙をフィルムの下に置いて貼り合わせる。厚紙を敷いたところは閉じなくて、厚紙がないところは閉じるので空気の道ができる。

型に沿って切る

貼り合わせが終わったら、外側の余分な部分をハサミで切り落とす。

空気を入れる穴を作る

空気を入れる穴をつける場所に印をつける。印を中心に四つ折りにした先端を”少し”だけハサミで切る。つい大きくなりがちなので、気をつけて小さく穴を開けるのがコツ。

空気の穴の出来上がり

開いてみると穴の大きさがわかる。出来上がった穴のサイズが1~2mmほどであるのがベスト。

ノズルに両面テープ

ノズルの底面に両面テープを貼り付ける。余分なところはハサミで切りとる。ノズルの穴に合わせて、キリで両面テーブに空気穴を開ける。キリがない場合は爪楊枝でもできる。

ノズルをパウチに取付

空気穴を開けた両面テープの保護フィルムを剥がす。ノズルの空気穴とパウチの空気穴の位置を合わせて取り付ける。しっかり固定する。

裏面をふさぐ

ノズルをつけた反対側にある穴をセロハンテープでふさぐ。これで空気のパウチは出来上がり！もっとしっかり止めたい場合は、ノズルをつけた側もセロハンテープを上にかぶせる感じでしっかりふさぐ。

動かす

パウチにつけたノズルをチューブーにつなげる。チューブと繋がっているシリンジーで空気を入れるとパウチが膨らみ、長さが縮むのでペットボトルまで持ち上げることができる。他の形も試してみよう！

Download

型紙のデザイン：pouch_samples

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Actuators: Small-Sized McKibben Pneumatic Artificial Muscle

空気で動くパウチモーター（曲がるタイプ）

opensofthuman

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8月 17, 2018

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シーラーでフィルムをとめるだけで短時間で作れる空気で動くパウチモーター。

Video

作業時間: 20 分

材料

ナイロンフィルム (厚手の冷凍用ポリエチレンバッグ、厚み 0.05mm~0.09mm)　Nylon-LDPE film 購入先リンク
注射器（シリンジ） Termo 購入先リンク
チューブ（内径 2mm） SMC TIUB01W-20 購入先リンク
注射器とチューブをつなげるコネクター（外径 1.5mm）ルアーフィッティング購入先リンク
チューブとパウチをつなげるコネクター (3Dプリンター用の設計ファイルはメールで問い合わせてください）
両面テープ（強力タイプ）
セロハンテープ
厚紙

道具

熱シーラー NL-202J 購入先リンク
ハサミ
キリ
油性ペン

手順

型紙の印をつける

印刷した型紙の上にナイロンフィルムを乗せて、油性ペンで印をつける。

フィルムのカット

印をつけたあと、ハサミで適度な大きさに切る。この時、フィルムが離れたりズレないように気をつける。フィルムが裏返ったりするときちんと閉じない場合がある。

シーラーで貼り合わせる

シーラーのタイミングダイヤルを調整する。フィルムがしっかり溶着できる範囲で低い値がよい。

重ねたフィルムをシーラーの閉じる線にきちんと合わせて、２秒ほど押さえる。短いとちゃんと閉じない場合があるので、カチンという音がなるまで2秒ほど待つ。貼り合わせられたのを確認する。印に合わせて順番に貼り合わせていく。

型に沿って切る

貼り合わせが終わったら、外側の余分な部分をハサミで切り落とす。

空気を入れる穴を作る

空気を入れる穴をつける場所に印をつける。印を中心に四つ折りにした先端を”少し”だけハサミで切る。つい大きくなりがちなので、気をつけて小さく穴を開けるのがコツ。

空気穴の出来上がり

開いてみると穴の大きさがわかる。

空気コネクタに両面テープ

コネクタの底面に両面テープを貼り付ける。余分なところはハサミで切りとる。コネクタの穴に合わせて、キリで両面テーブに空気穴を開ける。キリがない場合は爪楊枝でもできる。

コネクタをパウチに取付

空気穴を開けた両面テープの保護フィルムを剥がす。コネクタの空気穴とパウチの空気穴の位置を合わせて取り付ける。しっかり固定する。

裏面をふさぐ

コネクタをつけた反対側にある穴をセロハンテープでふさぐ。これで空気のパウチは出来上がり！

厚紙に両面テープ

パウチの変形から動きを取り出すために厚紙を貼る。厚紙はパウチのサイズに合わせて適当な四角に切り、両面テープを貼る。パウチの変形をじゃましないように、両面テープを貼った側の角を少し切り落とす。

厚紙をはる

厚紙をパウチの両側に貼り付ける。

動かす

パウチにつけたコネクタに、チューブをつなげる。シリンジでチューブを通して空気を入れるとパウチが膨らみ、曲がるように厚紙がパタパタ動く。ちがうサイズも試してみよう！

Download

型紙のデザイン：pouch_samples
ノズル印刷用CADファイル：

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【ワークショップ開催】空気で動くやわらかいロボットを作ろう！

カテゴリーなし

opensofthuman

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7月 18, 2018

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18日（土曜日）のみ、申込受付中です。
19日（日曜日）は定員に達したため、受付終了しました。

ご案内

小学生5~6年、中学生向けの夏休みワークショップを開催します。やわらかいロボットを研究する東京大学の先生らが、空気で動くロボットの作り方を直接教えます！動きを作るための手法を学び、自分だけのロボットを作りましょう。自分が作ったロボットと研究シートは持って帰ることができます。

概要

空気で動くやわらかいロボットの作り方を学び、自分だけのロボットを作って持って帰る
2018年　8月18日（土）・19日（日） 13:00 – 17:00
定員：各回 15名（先着順、18日と19日は同じ内容で行われます）
対象：小学校5~6年、中学生
参加費：無料
場所：東京大学　本郷キャンパス　情報学環オープンスタジオ
主催：JST ERATO川原万有情報網プロジェクト

詳細

空気で動くアクチュエータの原理を学びます。
自分だけのロボットを考えて、作ってみます。
目標としていたもの・試行錯誤の内容・実際できたものを参加者で共有しながら、動作の理解を学びます。
進捗によっては、空気をつかったパウチモーター以外のアクチュエータも扱います。
作ったものはお持ち帰りいただけます。
全てのプロセスはこちらで用意した自由研究シートに記録して持って帰ります。
どんなロボットを作るかから実際の製作まで東京大学の先生と学生が丁寧に指導して進めます。
保護者の付き添いは必須ではありませんが、保護者の方には会場内か控室でお待ちいただくことができます

申し込み方法

こちらのリンクに連絡先をご記載ください。
詳細について改めてご連絡させて頂きます。

Examples (updated 8/1)

よいっしゃー起き上がれ！

モミモミしてくれる〜。

もじゃもじゃウニョウニョ

ほっぺたプニプニ

キラキラ〜。

三脚ジャンプロボット

opensofthuman

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6月 1, 2018

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足が3本ついた、動物みたいな動きをする三脚ジャンプロボット。空気圧人工筋肉を使用。

Video

作業時間: 60 分

材料

マッキベン型空気圧人工筋肉: 3 個
形が固定できるワイヤ：少量
ねじ釘: 3 個
ナット: 6 個
アクリルの脚パーツ: 3 セット
アクリルボディパーツ: 1 セット (アクリルパーツはこちらのフィアルをダウンロードしてレーザーカット：Vector data of legs and a body for Laser Cutter)

道具

ドライバー
ペンチ
注射器とチューブ
空気圧バルブとエアコンプレッサー（オプション）

手順

脚作り

マッキベン型空気圧人工筋肉を3個用意する。手順はこちら。まず、アクリルの脚と脚をねじ釘一つとナット二つで繋げる。脚が動けるようにアクリル板と一つ目のナットの間は少し余裕を持たせるのが大事である。二つ目のナットは一つ目のナットの近くまでしっかりと閉めておいて、ナットが外れないようにする。これが膝の役割をする。

人工筋肉の結合

人工筋肉の量端をワイヤでしっかり結ぶ。

脚合体

人工筋肉をアクリルの脚としっかり結ぶ。人工筋肉の片方は踵となる部分を、もう片方は膝となる部分と繋げる。

組立

同じ方法で、３本の脚を作り、ボディーとなるパーツと繋がるように組み立てる。

テスト

3本の人工筋肉全てに空気を流すためのチューブをつける。注射器、またはエアコンプレッサーから空気を送り込む。空気圧用のソレノイドを使えば、筋肉のON/OFFを自在に制御できる。

Download

アクリル板のカッティング用ファイル：Vector data of legs and a body for Laser Cutter

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ミニ・マッキベン型空気圧人工筋肉

opensofthuman

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6月 1, 2018

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1950年代に発明された古典的人工筋肉です。

Video

作業時間: 60 分

材料

伸縮する編組チューブ（径変化6mm〜13mm）
デンカエレクトトロン NFL-6（モノタロウ）（ミスミ）
天然ゴムチューブ（外径6mm、内径4mm）
ニューゴム管（モノタロウ）
空気圧継手
- 異径I（1.5mm – 4.0mm）
  アラムミニコネクターS型 170203（モノタロウ）
- プラグ（4.0mm）
  チューブ用ストッパープラグ VSP406（配管部品.com）（ミスミ）（アマゾン）
ケーブルタイ（幅2.5mm）

道具

エアーチューブ（外径3.2mm、内径2.0mm）
SMC、ポリウレタンチューブ TIUB01
ハサミ
定規
注射器
ケーブルタイガン (オプション)

手順

ケーブルスリーブとゴムチューブの用意

編組チューブを使いたい長さで切る。例えば今回は80mm。ゴムチューブも同じ長さで切っておく。

コネクタ挿入

まず、継手をゴムチューブの端に差しこむ。

結束

編組チューブの中に継手付きのゴムチューブを入れる。継手をつけた側で、編組チューブとゴムチューブの端を合わせ、結束バンドでしっかりと締め上げる。結束バンドの余分なところを切る。

プラグ挿入

プラグをゴムチューブの反対側の端に差しこむ。

仕上げ

プラグを挿入した端のゴムチューブと編組ケーブルスリーブをまとめて、結束バンドでしっかり締め上げる。結束バンドの余分なところを切る。

テスト

作った人工筋肉の継手にエアチューブをつなげ、注射器で空気を入れて動作を確認する。

誘電エラストマーアクチュエータ（DEA）

robot-recipe-admin

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4月 19, 2018

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誘電エラストマーアクチュエータ（DEA)は電圧をかけると，柔らかい素材の両面に塗ってある電極が引っ張り合い、その間を押しつぶして変形します（見た目上、電極部分の表面積が大きくなったり小さくなったりしてみえる）。

Video

準備時間: 10 分

作業時間: 40 分

材料

エラストマーシート(Acrylic elastomer, VHB4910J by 3M)
型紙 (PET with release treatment of silicon, デザインは手順に説明されています)
ステンシルシート（マスキングシートとして利用）
POM製リング　(POM ring, inner diameter : 80mm, outer diameter : 100mm, thickness : 10mm)
カーボン粉　(Black Pearl 2000 by Cabot)
アルミテープ
ゴム手袋

道具

高圧電源（~5.5kV）
ペン
カッター
ブラシ
スパチュラ

手順

ガイドラインを描く

絵の上にエラスマーシートをのせて，エラスマーシート上にガイドラインを粘着面に描きます．

引き延ばす

アクリルの枠にのせて，エラスマーシートを少しずつ引き延ばします．引っ張って余る部分は外枠にまとめます．

さらに伸ばす

エラスマーシート上に先程描いたガイドラインが，フレームの枠に合うまでさらに伸ばします．

切り取る

余った部分は枠に沿って切り取ります．これでフレームの完成です！

ステンシルシート

作成したフレームの中央にマスキング（ステンシル）シートをのせます．マスキングシートのデザインは以下を参考に，予め加工しておいてください．

Design of the Stencil Sheet

カーボン粉

カーボン粉をスパチュラで一回掻き出した分程度のせ，筆で均等に薄く伸ばします．

取り外す

余分なカーボン粉は捨て，マスキングシートを取り外します.

もう片方のアクリルの枠

もう片方のアクリルの枠をのせ，ひっくり返して反対側の電極を作ります．ステンシルシートを用いて，先程と同様にカーボン粉を使い，電極を作ります．この時，電極の配線部分は，反対側とは90度程度の角度をつけるように気を付けてください．

配線準備

配線の準備がこれで完了です．

配線作業

アルミテープを配線の太さに合わせて切ります．その後，切り取ったアルミテープを電極の配線に取り付けます．余ったテープは折りたたんでおきます．

電源に繋ぐ

電極と高圧電源を繋ぎます．安全のために，マイナス極が上に向くようにします．電圧は5.5kVほどに設定します．

基本原理

DEA (Dielectric elastomer actuator、誘電エラストマーアクチュエータ)は電圧をかけると，柔らかい素材の両面に塗ってある電極が引っ張り合い、その間を押しつぶして変形します（見た目上、電極部分の表面積が大きくなったり小さくなったりしてみえる）。DEAは薄いエラストマーフィルム（今回はアクリル製エラストマーシートを使用）と電極パウダーで構成され、フィルミの両サイドに違う電極が配置される。強い電圧が流れると、柔らかいエラストマーフィルムは電極同士で引っ張り合う力に押しつぶされ、形が変形する。