ロボットの設計は何が難しいのでしょう？何回かに分けてお話ししたいと思いますが、第一回目としてハードウェアについてです。ロボットのハードウェアの設計が難しい原因を整理すると下記のようになると思います。
（１）人間の関節は複雑で同じような機構をロボット化するのが複雑で難しい。しかも人間に近い形にしないと見る人が違和感を感じる。複雑な構造をコンパクトにまとめないと見た人が違和感を感じる。産業用アームロボットが人間の腕とは全く異なる形をしていることからも理解できるでしょう。
（２）人間の関節（例えば肩）は複雑な動きをするので、それに近い多軸の構造をロボット用にコンパクトに実現するのはとても難しく、ましてや耐久性がある機構を作るのはもっと難しい。
（３）重たい体を動作させられる耐久性のある関節機構はそれ自体が重いので、ますますロボット全体が重たくなる。悪循環。
（４）ロボットに使えるような高品質なサーボモーターはとても高価で、ホビー用でも1個US$100以上する。それを20個使ったらその材料費だけでUS$2000もする。
（５）人間と同じように膝や足首の関節に負荷がかかり、そこの関節機構が壊れやすい。
（６）2足型ロボットは立っているだけでも大きなエネルギーが必要なのに、要素デバイスとして、多くの関節機構、CPU、電池、骨格、スキン、外装など重たいものを背負って動かさなくてはならない。
さて、こういった課題が有るのでロボットの設計は難しいのですが、それを解決するためにはどうしたら良いのでしょう？
（A）なるべく低コストで小型で力が強く耐久性が高いサーボモーターを探す。
（B）そのモーターをなるべく上手く配置して人の関節に近い動きが出来る構造を考える。
（C）骨格や外装などの構造物をなるべく軽量になる様に設計する。
（D）電池などの重量物の配置を考えて、歩く時の重心移動が上手くいくようにする。
（E）各関節の可動範囲の設計も大事です。
これらを全て上手くまとめて設計するのが難しいので、ロボット設計には特殊な天才的な才能が必要なのです。
What makes designing a robot so difficult? I would like to discuss this issue in several parts, but as the first part, I would like to talk about hardware. The reasons for the difficulty in designing robot hardware can be summarized as follows.
(1) Human joints are complex, and it is complicated and difficult to robotize a similar mechanism. The robot must have a shape similar to that of a human being to make the viewer feel a sense of comfort. The complex structure must be made compact not that the viewer will feel discomfort. This can be understood from the fact that an industrial arm robot has a completely different shape from a human arm.
(2) Human joints (e.g., shoulders) have complex movements, so it is very difficult to compactly realize a multi-axis structure similar to that for a robot, and even more difficult to create a mechanism that is durable.
(3) A durable joint mechanism that can move a heavy body is itself heavy, making the robot as a whole even heavier. A vicious cycle.
(4) High quality servo motors that can be used for robots are very expensive, costing more than US$100 each even for hobby use. If 20 of them are used, the cost of materials alone is US$2000.
(5) Like humans, the knee and ankle joints are subjected to heavy loads, and the joint mechanisms there are prone to breakage.
(6) A biped robot needs a lot of energy just to stand up, and it has to carry many heavy devices such as joint mechanisms, CPU, batteries, skeleton, skin, and exterior.
Now, these issues make robot design difficult, but what can be done to solve them?
(A) Find a servo motor that is as low-cost, small, strong, and durable as possible.
(B) Consider a structure that allows movement similar to that of a human joint by arranging the motors as well as possible.
(C) Design the skeleton, exterior, and other structural components to be as lightweight as possible.
(D) Consider the placement of heavy objects such as batteries so that the center of gravity shifts smoothly when walking.
(E) The design of the range of motion of each joint is also important.
It is difficult to design all of these things together well, so it takes a special kind of genius to design a robot.
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