鍼灸マッサージ師の私が、手の不自由な方が操作可能な食事介助ロボットアームを製作してみました。
押す引く2つの動作で4つのボタンを押し、2つのお皿を回転させながら食事をする事ができます。
- ・座位時に軽い介助下で肘の屈曲伸展が可能 (自力では不可）・手関節、手指の筋力は僅かにある程度 （物を握ることは不可）
マイ アームをつくってみた！
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マイ アームをつくってみた！ by FablabShinagawa, Mizmaxu is licensed under the Creative Commons - Attribution-ShareAlike license.
Summary
3Dプリント自助具コンテスト2024 最優秀賞を受賞した
手の不自由な方のための食事介助ロボットのマイアームをつくってみました。
このロボットアーム制作のストーリーについては元のドキュメントをぜひご覧ください。
手の不自由な方のための食事介助ロボットのマイアームをつくってみました。
このロボットアーム制作のストーリーについては元のドキュメントをぜひご覧ください。
Materials
Tools
Blueprints
Making
配線図
0- アーム配線図
- 回転盤配線図
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- ELEGOO PLAフィラメント 1.75mmを使用
- フレーム上下
- 皿台２つ
- 滑車ネジ
- 皿受け
- 肩甲骨
- 上腕
- 上腕横・後ろ蓋
- 肘
- 前腕
- 手
- 手蓋
- 指
- コントローラー台・コントローラーパッド
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- Aruduino
- USB昇降圧コンバーター
- PCA9685 PWMサーボモーターモジュールドライバーボード
- ジャンパーワイヤー
- ロッカースイッチ６ターミナル３ポジション
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- MG996R
- サーボホーン
- 小型モーター
- サーボコネクター延長ケーブル
- 正転逆転スイッチ
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- 配線コード
- スイッチ(ボタンから取り出す) ※動画参照
- USBケーブル
- 工具類
- 自助皿 スプーン
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- ボタン内部のスイッチのみ取り出して使用します。
押し込みスイッチのパーツを分解することで中の小型スイッチを取り出すことができます。
- 下記の圧縮ファイルをダウンロードして「Arduino」フォルダ内に解凍してください。「saiMyArm」フォルダ内の「saiMyArm.ino」ファイルをArduino IDEで開いて使用するマイコンにプログラムを書き込みます。
- 組み立てる前に電子パーツを含めた部品をすべて揃えて配線とマイコンへのプログラム書き込み、動作確認を実施しましょう。押し込みボタンを分解して使用する小さなスイッチはそれぞれお皿の台を回転させるために使用します。ロッカースイッチは、左右いずれかの皿からスプーンですくうためのものです。組み立て後はコントローラを左右いずれかに傾けることでロッカースイッチと小さなスイッチが同時に押される形になります。
- ※Arduino互換のマイコンは種類に応じてサーボモータ通信用信号のピンが異なるので要注意です。UNOシリーズはA4, A5ピンがそれぞれSDA, SCLに割り当てられていますが、マイコンのピンにSDA, SCLのプリントがあるものはプリントがあるピンを使用する必要があります。モータードライバに示されているSDA, SCL とマイコンのSDA, SCLをそれぞれ繋ぐようにしてください。
- ①小型モーターを取り付けるコードは横の穴から通し、ネジで固定する②滑車ネジをマイナスドライバーで固定する③2つの皿台を組み合わせる④完成
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- ①電源コードを取り付ける (極性なし)②コードを穴に通し、はめ込む③青コードの一方を2つのモーターの＋に、もう一方を－へ繋ぐ (どちらでも良い) ※配線図参照混線を防ぐため、コードにビニールテープを巻く④フレーム下の差込口にコードを通す⑤上にコードを通す
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配線
0④ロッカースイッチ配線
- ①フレーム上②肩甲骨③手④前腕 へサーボモーターを取り付ける⑤肩甲骨⑥上腕⑦肘 へサーボホーンを取り付ける⑧組み立てる
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- ①たこ糸、もしくはワイヤーや釣り糸などを使用する②肘と肩甲骨が平行になるように糸の長さを調節し、フックにかけて結ぶ③④肘と手が平行になるように、肘と手の穴に糸を通して結ぶ⑤手と前腕に延長コードをとりつけ、手のコードは前腕を通して肘の方へ⑥上腕の右側にコードを通していく
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結果
0良かった点- 3回に1回ほどはおかずをすくう事ができるようになった。
- 時間はかかるがほぼ完食することが可能。
悪かった点- ロボットアームは負荷がかかった時に誤作動を起こす事があり、危険である。
- ターンテーブルを逆回転するという配線が難しく、一方向でお皿を回すため、おかずをすくうのに時間がかかる。
- 「これは暴れ馬ですね。飼い慣らせるようになりたいですね。」
- Aさんと雑談している際に、「AIやロボットアーム3Dプリンターなどが一般化しているので、これからはそういう自助具が使えるようになる未来があるかも知れない」と伝えたところ、「じゃあ作って下さい」と頼まれました。当初、私は自力で食事をとることができる自助具に執着していましたが、本人の希望（ロボットに対する興味）もあり、ロボットアームにチャレンジしてみることにしました。私自身、PCに疎く、マイコン3D CADなどの知識が全くなかったため、ネット等で検索し、自己流で制作を進める事に…
- スプーンを上手く回転させれば、自助皿の曲面を利用してすくうことができる
- お皿を回転することができれば、スプーンを中央から端に動かす一方向の動きだけで、ほとんどの食べ物をすくうことができる
- ロボットアームと人の身体は同じであると感じることがありました。ボタンが押されるまで、ロボットアームは同じ体勢で維持するようプログラミングされていますが、過剰な負荷などがかかると揺れを起こし止まらなくなります。再びボタンを押すと揺れは止まります。この状態がパーキンソン病などに見られる安静時震戦に似ていると感じました。負荷や電圧が上がらないように肩甲骨などに負担を吸収する機能をつけてみましたが、思うようにいきませんでした。結果、より強力なモーターを使うことで揺れはなくなりましたが、固定力を強くすることで動きを制御するのではなく、人の身体のように姿勢の変化で動きを制御できるようになればと模索中です。
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