Circuit Cubesでロボットアームを作る：ステップバイステップ

簡単な答え

Circuit Cubesのロボットアームは、安定したベースから始め、 Cubit Motor Cubeで駆動するギアジョイントを追加し、充電式の Battery Cube、最後に ウルトラブライトLEDキューブ をステータスライトとして使用します。電源を入れる前に各ジョイントを手でテストし、アームが引っかからないようにすべての配線を短く保ちます。組み立て全体は約1時間で、おそらくすでにお持ちの部品を使用します。

ロボットアームは、実際の力学（トルク、ピボット、バランス）を教えてくれるため、Circuit Cubesのロボットプロジェクトの中でも最高のものの1つです。ただ転がるだけの車とは異なり、アームは自重を持ち上げる必要があるため、モーターをどこに配置し、ジョイントをどのように補強するかという選択が、その性能にすぐに現れます。

このガイドでは、Cubit Motor Cube、Battery Cube、ULTRA BRIGHT LED Cubeを使用した7ステップの組み立てを説明します。ベース、肩関節、肘、グリッパー、簡単なコントロールスイッチを作ります。各ステップには、組み立てを最も頻繁に妨げる間違いと、次に進む前に確認すべきチェックポイントが含まれています。

始める前に必要なもの

Cubit Motor Cube、Battery Cube、ULTRA BRIGHT LED Cube、およびMotor Cubeに同梱されているカスタムアクスル（10 mmと14 mm）を用意します。また、ベースプレートまたは重いレンガのベース、アーム部分用のビーム数本、簡単なオン/オフスイッチを作る方法も必要です。もし Robots Rumble Kit追加の構造部品と2つ目のモーターにより、リーチが広がり、グリッパーがより強力になります。

組み立て前にバッテリーキューブを充電してください。microUSBケーブルが同梱されており、フル充電で約3.7〜4.2ボルトDCを供給します。テスト中に上部のLEDが赤く点滅した場合は短絡しているので、停止して配線を確認してから続行してください。充電済みバッテリーで組み立てることで、各テストがメカニクスを反映し、電力不足による影響を受けません。

• すべてのキューブとアクスルをトレイに置き、小さな部品が転がらないようにします。
• ジョイントが機械的にしっかりするまで、バッテリーキューブの電源をオフにしておきます。

何かを組み立てる前に、アームの計画を立てましょう

アームをベース、上腕、グリッパー付き前腕の3つのセグメントとしてスケッチします。Cubit Motor Cubeがどのジョイントを駆動するかを決めます。1つのモーターで1つのジョイントをうまく駆動できます。持ち上げ動作が必要な場合は肩を、リーチ動作が必要な場合は肘を選びましょう。1つのモーターで2つのジョイントを駆動しようとすると、どちらもうまく動作しないアームになることがよくあります。

Motor Cubeの遊星ギアはモーターを約160 RPMに減速します。これはアームを投げ飛ばさずに動かすのに十分遅く、かつ実用的な速度です。モーターの周りにある3つのポートにより、Bluetooth CubeやBattery Cubeからの配線をさまざまな角度から配線できます。モーターの周りを組み立てる前に、配線経路を計画してください。

• 駆動するジョイントを色付きのブロックでマークしておくと、後で見つけやすくなります。
• モーターの3つのポートの周りに、少なくともスタッド2つ分の隙間を空けてください。

ステップ1：倒れない土台を作る

できるだけ幅が広くて重い土台から始めましょう。ロボットアームは持ち上げるたびに転倒する力が発生し、土台が狭いとモーターよりも先に失敗します。大きなベースプレートを使うか、ブロックを低く広く積み重ね、最初の縦ビームは端ではなくその設置面の中央に固定しましょう。

よくある間違い：土台を最後に作ること。先にアームを作って後から下に土台を追加しようとすると、通常はショルダージョイントを作り直す必要があります。チェックポイント：空の土台を指で横に押してみましょう。簡単に滑ったり倒れたりする場合は、上に何かを追加する前に幅を広げてください。

• アームの長さの2倍の幅があるベースなら、しっかりと固定されます。
• ベースの下にゴム足や滑り止め加工を施すと、グリップ力が高まります。

ステップ2：ショルダージョイントを組み立て、モーターを取り付ける

2本のビームにアクスルを通してベースの上部にピボットを作り、そのピボットに出力シャフトが合うようにCubit Motor Cubeを取り付けます。Motor Cubeには、カスタムアクスル（10mmと14mm）が同梱されています。ジョイントがビーム1本分の幅を超える場合は、長い方のアクスルを使用してください。モーターボディをベースに固定して、ハウジングがアームの代わりに回転しないようにしてください。

よくある間違い：モーターをジョイントから支えなしでぶら下げたままにすること。モーターはアームを持ち上げる代わりに、自身の本体を回転させてしまいます。チェックポイント：電源を入れる前に、アームを手で全可動域にわたって回してください。スムーズに動き、引っかかりやぐらつきがないことを確認します。

• まず手動でピボットをテストしてください。摩擦は配線前の方が修正しやすいです。
• モーターのワイヤーをベースに向かって配線し、ジョイントを横切らないようにします。

ステップ 3：上腕と肘を追加

上腕は1本のビームではなく、剛性のあるボックスとして組み立ててください。2本の平行ビームをクロスブリックで接続すると、1本のビームよりもはるかにねじれに強くなり、その剛性によってモーターのトルクが実際に負荷に伝わります。上部には、肘用の2つ目のピボットを、再び2本のビームにアクスルを通して作ります。

よくある間違い：上腕を長くしすぎること。スタッドが1つ増えるごとに、ショルダーモーターへの負荷が倍増します。短めから始めてリフトをテストし、モーターが余裕で扱える場合にのみ延長してください。チェックポイント：アームの電源を切った状態で、前腕の先端を指1本で持ち上げてみてください。上腕が目に見えてたわむ場合は、先に進む前にクロスブレースを追加してください。

• バランスを良くするために、上腕は前腕よりも短く保ってください。
• アームに沿って3〜4スタッドごとにクロスブレースを追加してください。

ステップ 4: 前腕とグリッパーを組み立てる

前腕はグリッパーを支えるため、できるだけ軽くしてください。1本のビームと1本のクロスブレースを使用し、2つの対向するパドルで物体を挟むグリッパーを組み立てます。シンプルな2パドルグリッパーは、ブロックや小さなおもちゃ、紙コップなどをしっかり保持でき、2つ目のモーターは不要です。Robots Rumble Kitをお持ちの場合は、その追加構造パーツでより頑丈なグリッパーフレームを作れます。

よくある間違い: グリッパーを重くしすぎたり、きつくしすぎたりすること。開くのに力を要するグリッパーは、アームの動きを妨げます。チェックポイント: グリッパーに小さなブロックを入れ、前腕を手で持ち上げてみてください。ブロックは動かず、グリッパーもたわまないはずです。

• グリッパーのパドルに輪ゴムを貼り付けて、グリップ力を高めましょう。
• 負荷のバランスを保つため、グリッパーを前腕の中央に配置してください。

ステップ 5：バッテリーキューブの配線とスイッチの追加

Cubit モーターキューブをバッテリーキューブに接続し、回路に簡単なスイッチを追加すると、配線を抜かずにアームを停止できます。レバー式またはプレス式のスイッチブロックが適しています。各配線は短く保ち、配線が関節に引っかからないよう、アームに沿って這わせてください。バッテリーキューブのプラス端子とマイナス端子は、モーターの接続と一致させる必要があります。

よくある間違い：可動ジョイントで配線を交差させること。アームが動くたびに曲がる配線は、最終的に緩んで外れます。チェックポイント：Battery Cubeの電源を入れ、アームが1サイクル動くのを確認します。Battery Cube上部のLEDが赤く点滅したらショートしているので、電源を切り配線を点検してください。

• 各ジョイントの近くに、きつく張らずに小さな余長ループを残します。
• スイッチにラベルを貼り、年少のビルダーがアームを止める方法が分かるようにします。

ステップ6：ステータスライトとしてLED Cubeを追加

ULTRA BRIGHT LED Cubeをアームの上部またはベースにビーコンとして取り付けます。LEDは極性に敏感で、電流は一方向にしか流れません。ワイヤーをバッテリーに接続しても点灯しない場合は、ワイヤーを逆にして電流の向きを反転させてください。LED Cubeは回路の一部にすぎないため、Battery Cubeと完全な経路が必要です。

よくある間違い：LEDが点灯しないとバッテリー切れと決めつけること。まずはワイヤーを逆にしてみてください。チェックポイント：アームに電源が入っているとき、LEDは安定して光るはずです。アームの動きに合わせてちらつく場合は、接合部でワイヤーが緩んでいるので、配線をたどって再接続してください。

• LEDを前方に向けて、グリッパーのサーチライトとして機能させます。
• LEDを回路が完成しているかどうかの簡単な目視確認として使用します。

ステップ 7: アームをテスト、調整、改良する

まず軽い物体でアームにピックアップ、リフト、プレースの動作をさせ、その後徐々に重量を増やします。肩が止まる場合は、上腕を短くするか、モーターをベースに近づけます。グリッパーが滑る場合は、グリップ素材を追加するか、パドルの間隔を締めます。小さな機械的な変更が電気的な変更よりも多くの問題を解決することがよくあります。

よくある間違い: 機械的な問題を解決するために電力を追加すること。Battery Cube は 3.7 から 4.2 ボルトの固定電圧を供給するため、アームが停止するのはほとんどの場合トルクまたはバランスの問題であり、電圧の問題ではありません。チェックポイント: アームは、停止、転倒、物体の落下なしに、ピックアンドプレースサイクルを3回連続で完了する必要があります。

• 重いものを試す前に、軽いものでテストしてください。
• アームが傾く場合は、モーターを遅くするのではなく、ベースを広げてください。

ロボットアームの組み立て手順をひと目で

1. 最初にベースを組み立てます： できるだけ幅広で重いベースを作り、その中央に最初の縦ビームを固定します。空のベースを指で横に押して安定性をテストしてください。 チェックポイント: ベースが滑ったり傾いたりする場合は、何かを追加する前にベースを広げてください。
2. ショルダーピボットを作成し、モーターを取り付けます: 2本のビームにアクスルを通し、Cubit Motor Cubeの出力シャフトがそのピボットに合うように取り付けます。ジョイントがビーム1本分の幅を超える場合は、14 mmのアクスルを使用してください。 チェックポイント: アームを手で全範囲にわたって回し、引っかかりやぐらつきがないことを確認します。
3. 剛性のある上腕と肘を作ります: 単一のビームの代わりに、クロスブリックで結合された2本の平行ビームを使用し、上部に肘用の2つ目のピボットを追加します。最初は上腕を短く保ちます。 チェックポイント：指で前腕の端を持ち上げてください。上腕が曲がる場合は、クロスブレースを追加してください。
4. 軽量の前腕と2パドルグリッパーを追加します： 前腕をできるだけ軽く保ち、対象物の周りを閉じる2つの対向するパドルを構築します。負荷がバランスを保つように、グリッパーを前腕の下に中央配置します。 チェックポイント：手で前腕を持ち上げたとき、グリッパー内の小さなブロックが所定の位置に留まる必要があります。
5. バッテリーキューブを配線し、スイッチを取り付けます： モーターをバッテリーキューブにスイッチを介して回路に接続し、ワイヤーをアームに沿って這わせ、ジョイント部分でループさせないようにします。プラス端子とマイナス端子を合わせてください。 チェックポイント：バッテリーキューブの赤いLEDが点滅している場合はショートのサインです。スイッチを切り、配線を点検してください。
6. ウルトラブライトLEDキューブを取り付けます： LEDをアームの上部またはベースにビーコンとして配置します。点灯しない場合は、LEDは一方向にしか電流を流さないため、配線を逆にしてください。 チェックポイント：安定した光は回路が完成していることを示し、ちらつきは接合部の配線が緩んでいることを意味します。
7. テスト、調整、改善： 最初は軽い物体でピックアップ、リフト、プレースの動作を行い、徐々に重量を増やしてください。停止が発生した場合は、アッパーアームを短くするか、モーターをベースに近づけて修正します。 チェックポイント：停止、転倒、落下なしで、ピックアンドプレースを3回連続でクリーンに完了。

この組み立てを機能させるパーツ

• Cubitモーターキューブ： Cubit Geared Motorsはコンパクトでパワフルなモーターです。小さな遊星ギアがモーターの高速回転を約160 RPMに減速し、ギアやホイールにトルクを伝えます。モーター周辺の3つのポートにより、Bluetooth Cubeからの配線を最大限に柔軟に接続できます。Cubit Motor Cubeと、10mmおよび14mmのカスタムアクスルが含まれます。160 RPMのギアリングにより、制御不能なほど高速に回転するモーターではなく、アームを持ち上げるのに十分な実用的なトルクが得られます。また、3つのポートで可動ジョイントから配線を遠ざけることができます。
• バッテリーキューブ： Classic Battery Cubeは、プラス端子とマイナス端子を備えた回路用の電源です。電源スイッチをオンにすると、約3.7～4.2ボルトの直流を供給します。キューブ上部のLEDが赤く点滅している場合は、ショートが発生しているため、トラブルシューティングを行ってください。このバッテリーは充電可能で、専用のmicroUSBケーブルが付属しています。赤く点滅するLEDはテスト中の最速のショート警告であり、充電式バッテリーにより、使い捨てバッテリーを購入することなく繰り返しアームテストを実行できます。
• ウルトラブライトLEDキューブ： LEDキューブは非常に明るいライトで、車両のサーチライトや灯台の頂上のビーコンとして最適です。LEDは極性に敏感なデバイスであり、電流は一方向にしか流れません。ワイヤーをバッテリーに接続してもLEDが点灯しない場合は、ワイヤーを逆にして電流の流れを逆にしてみてください。LEDキューブは回路の一部にすぎません。アームに取り付けると、回路が完成していることを瞬時に視覚的に確認でき、極性に敏感であることを知っていれば、配線の逆接続を部品の故障と誤診することを防げます。

Circuit Cubesのロボットアームは、おもちゃに偽装された力学のレッスンです。ベースを広く作り、上部アームを短く保ち、電源を入れる前にすべてのジョイントを手でテストし、バッテリーキューブの赤いLEDの点滅を配線チェックの合図として扱ってください。アームがきれいなピックアンドプレースサイクルを完了したら、リーチを延ばしたり、Robots Rumble Kitから2つ目のモーターを追加して、より強力なグリッパーにしてみてください。