2021 Fiscal Year Research-status Report
ロボットアームを用いた空間構成法に関する基礎的研究
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20K12519
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
白髪 誠一 大阪工業大学, ロボティクス&デザイン工学部, 教授 (60635382)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Robotic Fabrication / Computational Design / 竹造パビリオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二台のロボットアームを用いることで，令和２年度に製作した空間よりも大きな空間を合理的に構築することを目的に，空間の形態についての検討を行い，スケールモデルをロボットアームを用いて製作した。空間の構成については令和２年度と同様に竹材をしならせたアーチを並列させてパビリオンの空間を構成する方法を採用した。
ロボット間距離dで二台のロボットを設置し，その間にアーチを架設するとき，ロボットの可動半径からアーチの支点位置が決まり，部材の両端をロボットで掴むための部材長さが決定される。竹材をしならせたアーチの形態は支点間距離と部材長さで決定されるために，ロボット間距離が空間の形態を決定するパラメータとなる。
使用した二台のロボットアームは6軸垂直多関節ロボットxArm6（UFACTORY社製）で最大リーチ700mmである。ここから，ロボットの可動半径内の円弧上に支点を配置し，架設されるパビリオンの外側から部材を掴み取ることを条件としてパラメトリックに空間形態の検討を行った。その結果，ロボット間距離d=2.7m，部材長さ3.5mに設定した。これにより架設されるアーチは，スパンが1.50～1.85m，高さは1.43～1.51mとなる。この規模は，令和２年度に架設した規模の約1.6倍とすることができた。
ロボットアームによる架設過程は，１）二台同時に部材の両端を掴む，２）部材を回転させながらしならせる，３）支点の上部に移動して，部材の両端を支点に差込む。この１）～３）の過程を繰返して11本のアーチを架設してパビリオン全体を構築した。二台のロボットアームはそれぞれの制御用ＰＣのキーを同時に押すことで同じタイミングで動作するよう制御した。これにより，二台のロボットアームを同時に制御することで単体のときよりも規模の大きな竹造アーチ形式パビリオンの架設を行うことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和３年度は，二台のロボットアームを用いて，令和２年度の単体のロボットアームによって構築された空間よりも規模の大きな空間を構築する架設方法について検討を行った。研究計画では，令和２年度に得られたロボットで構築することが可能な形態および竹材をしならせて形成するアーチ架構について，複数台のロボットアームを用いることでより大きな空間を構築することを目標としていた。
形態については，二台のロボットアームの可動領域内の円弧上に支点を配置し，その支点間にアーチを架設することでパビリオンを構築する形態を採用した。この形態では二台のロボットアームを設置する間隔であるロボット間距離によってアーチの支点間距離および部材長が決定されることから，ロボット間距離がパビリオンの形態に対するパラメータとなることを明らかにし，これをパラメータとして形態操作を行い，形態の検討を行った。二台のロボットアームを用いて架構を架設する目標に対して，部材の両端を掴んだ状態で部材をしならせながらアーチを形成する方法は，単体のロボットアームで部材を引寄せた後に掴みなおすことが不要であり，架設の合理化をはかることができた。
令和２年度には，ロボットアームの筐体が既設のアーチ架構に干渉して架設できない箇所があったが，ロボットの設置位置を調整することで解決することができた。一方で，解決すべき課題が残っている。アーチ架構は水平剛性が低くなるため，架設後のアーチ架構を安定させるために水平方向への拘束を行うことは課題として残っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
二台のロボットアームを用いることで，単独のロボットアームを用いた場合よりも規模の大きな空間を構築することができた。一方でアーチ架構を安定させるための補剛については課題として残っている。架構形式については，竹材を用いたアーチ架構による空間構成は，架構の組合せにより様々な形態の空間を構築することが可能である。このことから，竹造アーチを基本架構として空間を構成することとする。
令和４年度は，令和２年度の研究において明らかとなった課題であるアーチ架構の水平剛性不足を解決するために，架構に拘束を与えるための補助的な作業を加えることを検討する。一台目のロボットアームで平行なアーチ架構を架設し，二台目のロボットアームでアーチに直交する部材を配置し，それらの部材を緊結する方法について検討を行う。
単体および二台のロボットによる空間の構築方法についてプロトタイピングを行った結果を統合して，ロボティクスの導入による新たな空間の構成法を得ることを目指す。
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| Causes of Carryover |
ロボットアームは，計画していた仕様のロボットアームが計画よりも安価で導入することができた。一方で，モデリング用PCは計算能力の高いワークステーションを購入したため計画より高額となった。以上の結果，若干の次年度使用額が発生した。
次年度（令和４年度）は，プロトタイプを製作する造形材料を購入する予定であり，これが使用額の大部分を占める。造形材料は，竹材とパビリオンのスケールモデルを製作するための治具の費用を見込んでいる。モデリングを行うプログラムを最新の状態を保つため，バージョンアップを予定している。
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Research Products
(1 results)
