この頃の構想は以下の通り。
- ラジコンのサーボを使用
- 当初はサーボそのまま、そのうち内部のポテンショメータ値から自分でモータ電流を制御したい
- 片足6自由度x2でスタート、そのうち腰2自由度、そのうち片腕4自由度x2追加
- ひざや足首前後軸は２重関節にして、「体の軟らかいロボット」にしたい
- なるべく小型にしたいなぁ(サーボが安く済みそう)
- 制御は秋月H8 ?
- 構造材はアルミアングルが基本？
- 3D CAD で設計したいが 2D CAD で設計
しかし設計はする。というより CAD の練習と言う感じ。
どうしても linux 上で設計したかったので、
QCad を用いて設計。この頃のコンセプトは
- ２重関節は手間もコストもかかるので、コンベンショナルなサーボ直結式に。
- リンク式も使わない。あくまでサーボ配置の工夫で可動範囲を確保する。
- 最低でも起き上がれる程度の可動範囲。
- 軸の直交化は意識しない。
- アルミアングル材は寸法自由度がないので、アルミ板金加工に方針変更。
- 板厚は 2mm 厚を選択。剛性を考えると3mm にしたいが加工が大変そうなので。
- サーボ選定はベアリングを重視し、ダブルベアリング最安価の サンワSPEC-APZ (4.0kgf・cm,3000円)でまず作る。
- それでトルクが足りない所をサンワ ERG-VB (13.0kgf・cm,6500円?) に置き換える。両者は寸法互換性が高い。
- サーボホーンの反対軸は小型ボールベアリング(623ZZ等)を圧入。 フリクションを減らすことでトルク不足を緩和する。
アルミ板の曲げが必要になりそうだったので、
ヤッシロさんの
折り曲げ治具を作る。(当時は創作工具のつくば工房と名乗ってた様な)エッジを45度弱に削るのが非常に大変で、アルミと違って 鉄というのは固いもんだと実感。
苦労して何とか出来上がった頃、 K-130 の存在を知る。
小さい店だがスーパーセブンの実車が中吊りになってたりして、 店のオヤジの趣味が非常に色濃く出ている、良い店であった。
SPEC-APZ, SRM-1322, NES-703(引き込み脚用ロープロ)を買って帰る。
- サーボのトルクは 13kgf・cm とにかく必要そう。あればもっと欲しい位らしい。 やはり SPEC-APZ だけでは済みそうにない。
- ガタつきの悪影響は大きいらしい。リンク式も２重関節も無しで正解か。
- 無線は RS-232C を飛ばすのが楽で良さそう。
- アルミの板厚は 1.5mm でも大丈夫そう。(若干設計が面倒になるが)
- QCadで展開図を作製し、プリントアウトしてアルミ板に張り付ける。
- 糸ノコ盤で切り出す。無理ならバンドソー購入。
- (こんなこともあろうかと会社に買わせていた) K-130 で曲げる。
結果はこんな感じ。判ったことは：
- 安物のレーザープリンタには寸法がいい加減な物もあるので要注意。(1%も狂ってるのがある)
- 糸ノコで切りぬくのは、一応可能だけど割とタイヘン。
- K-130 でアルミ板 2mm 厚の曲げは可能。
- 2mmで剛性は十分そう。
- 曲げた時に縮む量は、内側で 1mm 程度。
- 工作は楽しい。
アルミ、しかも半分はジュラルミンなので軽いと思いきや、 到着した荷物は驚く程ずっしりと重い。宮田さん、ご苦労さまでした。
しかし当然 Windows 版しかない。悪い時代だ。 泣く泣くしばらくは Windows を使うことになる。
それにしても(バグは多いが)素晴らしい。そして楽しい。
つい徹夜してしまう程楽しい。
CAD としての出来が良いというより、
3D CAD という分野が素晴らしいってことの様な気がする。
使いたくない Windows を使ってでも 3D CAD を導入した理由の一つに、
こんなこともあろうかと会社に買わせていた MODELA を使って
ラクしたいというのがあり、それの実験をする。- ブロックから削り出しで部品を作るのは大変そうなので、 あくまでアルミ板を切り抜くことを目的とする。
- 3D CAD で立体物として切り抜き形状を定義し、stl として MODELA PLAYER で切削パスを作って削る。
- 一応出来るがものすごく時間がかかる。
- 必要な部品の輪郭を切り抜くだけで良いのに、 不要部分を全て切削しきってしまうことしか出来ない。
- 精度は良い。穴もあけれる。手でやるより断然良い。
いろいろ考えたけど、結局自分で CAM を作らないと 実用的には使えないという結論に。買うと高いし。
という訳でこんな感じのツールパスを生成する CAM を作製し、
実際削るとこんな感じ。気をつけるべきことは
- Z原点設定を忘れてはいけない。(エンドミル折損x2)
- 材料固定を忘れてはいけない。(材料パーx1)
- 両面テープははがしやすいタイプの物にしないと後がタイヘン。
という訳で切り出した部品を曲げてみたり。それにしても調子に乗って肉抜きの穴空け過ぎて、非常に曲げにくかった… 曲げエッジのそばは避けた方が良さそう。
しかしそろそろサーボ買わんとな…。
サーボ買ったので組んでみたり。とりあえず 4.0kgf・cm の安サーボ、しかも片足分しか買わないあたり、思いきりが足りないというか何というか…。
屈伸するとこんな感じ。重さは 500g弱。片足でこれなので、全身だとメカ系だけで2kg前後にはなりそう。ちなみにアルミ屑や CRC5-56 にまみれた物体を料理用の秤に乗せるのは深夜にしよう。
しかし寸法間違ってたり意外な所でぶつかったりで、３割くらいの部品は作り直さないといけない。実際組んで見るまで判らないというのは、まだまだ CAD が使いこなせてないということかな。
それにしてもこうなると早く動かしたくなる。CPU は寸法とコストで AKI-H8/3664 にしたいが、１個で 22ch 分のパルス作れるかなぁ…。補間もしたいし。 当初 PIC16F628 か 16F873 で作ろうと思っていたが、それよりは数段良さそうではある。
動くものを作ると悩むのが配線のとり回し。納得が行かないが仕方無い。無線で電力が送れる時代が来ないものか。
ようやく H8 マイコンのファームウェアが出来たので、とりあえず屈伸してみる。片足で出来る動きと言えばこれくらいしかないし。
Quicktimeの動画(1.6MB)もあるけどこうやって置いとけば見れるのかな？
やってみて判ったことは:
- 安サーボでも垂直に屈伸する位は出来る。しかし斜めに自重を支える程のトルクはない。
- H8マイコンはC言語で十分開発出来る。(アセンブラで書こうと思ってたけどヒヨった)
- H8/3664で一応22ch分のパルスは作れる。
しかし屈伸だけとは言え実際動くと非常に嬉しい。調子に乗って妊娠9ヵ月の人に「今の所その胎児よりもリードしている」とか言ってしまい猛烈な反論を受けたり。
片足のままバッテリー積んでみたり。かなり小容量のバッテリーを選んだつもりだけど、相対的には重いらしく、 電源無しで自立出来る範囲が非常に減った。
そして H8 側でモーションデータを再生するプログラムを作り、
起動したら屈伸するモーションを再生するようにしてみたり。これでPCレスで動かせて、宴会とか焼肉の場でもデモ出来ようになった。 出番無かったけどな〜。
焼肉用に作った自立デモが別の所(というか会社)で功を奏し、
サーボを全数揃えられたので、とりあえず組み立ててみる。
そして浮かれてポーズつけてみたり。ぬいぐるみで遊ぶ子供と一緒やな。しかし全身作るとかなり重く、電源無しで自立できるポーズは非常に限られている。 こりゃそうとう電力食いそう。
という訳で重さを測ってみたが、既に料理用秤では測れない重さになっている。
仕方無いのでムゴいが分断して測定、下半身＋マイコンで1050g。
上半身＋バッテリで840g。合わせるとやはり 2kg 弱にはなるな。無線モジュールやセンサ類をつけたら 2kg は越えそうやな…。
全身出来て浮かれているが、配線が全く出来ていない。うんざりする様な量である。
ようやく配線完了。前からみた時にすっきり見える様頑張ってみたが…。頭のサーボの配線がメッシュ入り前髪の様でカッコ悪い。
後ろはこんな感じ。すっきり行かんなー。しかも胴体内の CPU ボード回りに空間的余裕が無く、 配線スペースが取れないので、予定より胴を 10mm 程延ばしてやっと収まる テイタラク。何とかせねば。
とりあえず歩かせてみる。が、半歩以上進めない。原因はサーボモータのトルク不足。安サーボでどこまで行けるか見極めるため、 左足は全部 ERG-VB, 右足は全部 SPEC-APZ にしてみたけど、 SPEC-APZ では保持力が全然足りなく、片足立ちだけでも非常に厳しい状態。 見極めるまでも無かったかな。
歩幅を小さく取り、ほとんど足を上げない様な歩き方をすれば SPEC-APZ でも歩けないことはなさそうだが、楽しくなさそう。
という訳で両足6x2＋腰＋肩＝14軸が ERG-VB, 手4x2＝8軸が SPEC-APZ に決定。 とり急ぎ日本橋模型に電話し、 ERG-VB を 6個注文してこの日は終了。
サーボ待ちの間、やることがないので配線を工夫することにする。とりあえず胴体切断。
簡単にサーボを取り換えたり出来る様、
この様に基板にサーボのコネクタを直接刺せる様にしていたが、
結局サーボリードが届かず延長してたり、
そもそもコネクタの背が高くてキツいというのもあり、
独自コネクタで電源線を集約する方針に変更する。
電源は結構電流が流れるのでやりたく無かったけど、
配線をすっきりさせるためには仕方無いという判断。
という訳で基板を作り直した。新旧比較。こうしてみると時間掛けて何をやってるのか判らないという感じである。
裏。そろそろ Olimex を使いたくなって来るが、パターン引いてる時間が無い。
両足分の ERG-VB が揃ったので、とりあえず歩かせてみる。小さい歩幅のすり足歩きが嫌だったので、出来るだけ大股で歩かせてみたけど、 非常にゆっくりした動きになってしまった。改善の余地しかない。
歩かせるのはなかなか難しいので、起き上がりを作ってみる。
簡単で非常に楽しい。
後向きからの起き上がり。やはり簡単。こうしてみると、ほとんどの時間片足しか接地していない 歩行という動作の難しさを改めて感じる。今ごろ感じるなという気もするが。
世間ではゴールデンウイークというものが流行している様だが、
私はロボットにとってのゴールデンな日々であった。
とりあえず歩行を改善。かなり改善したつもりだけど、ムービー見るとまだまだ遅いなぁ。道のりは遠い。
えらい昔に「なんとなく」買ってあった加速度センサを取り出す。掘りおこしてみたらなんかえらい小さいパッケージで、 泣く泣く老骨に鞭打ちながらリード線をハンダ付けしてみる。 最初からこの状態にして売って欲しいというか。 きっと買ったのは秋月でDIP-8P のパッケージになる前だな。
という訳で今の基板に無理矢理乗せてみる。いい感じにキツキツになって来た。
上の基板のコンデンサともキチキチ。組んでみて判ったのは秘密である。いいかげん基板起こしたいなー。
という訳で転倒を自動検出して起き上がりモーションに入れる様にしてみた。
ついでに起き上がりモーションの無駄を省いて高速化。楽しい。こっそり RoboCup を見に行って来たけど、 森永さんも どうやらこれ(自動起き上がり)をやってるらしい。先を越された。 "でんぐり返り"といい、まだまだ追い付けないなー。
そして RoboCup を見た勢いで作ったキックモーション。エビス缶はもちろん中身は入ってないので念のため。
自宅の引越しがあり、工作室がこんな状態なので何も出来ない。というか引越しの見積もりの時に旋盤とかボール盤がゴロゴロしてると 追加料金が発生しそうだったので、 とりあえず見積もり前に箱詰めするのがたいへんだったり。
という訳で物理空間なく出来る仕事として、基板設計を。
ついでに、今まで H8-3664 の I/O ピンにサーボを直接接続して 割込みを使って PWMパルスを作ってたけど、 それだとPWM用タイマー以外の割込み(シリアル通信や加速度センサパルス)が来た時に サーボパルスが乱れてピクっピクっと動くので、 サーボパルスは一部ハードウェア化する方針に変更する。
やりたいことは非常に簡単なロジックなので、FPGAを使うまでもなく 74HC 数個で
出来る様な話だけど、今の基板サイズにはとてもそんなものを乗せる場所はない…。
かと言って基板サイズも「つい」カツカツで作ってしまったので、
今更増やせない。
いろいろ考えたけど PIC16F628 の一番小さいパッケージのものを
汎用ロジックIC代わりに載せることに決定。
しかし 0.65mm ピッチなんて手でつけれるんかいな。
とりあえず細いハンダを手配せんとな〜。
という訳であとは迷いなくパターン引いて
Olimex に注文。しかしこの PCB というツールはナカナカ使いにくいので早く EAGLE に乗り換えねばと ずっと思い続けてるけど、また乗り換えず終らせてしまった…。
そういう意味では FPGA もまた使わずに乗り切ってしまったな〜。 新しいものを取り込む努力を怠ってはイカンな、猛省。
Robo-One 前回大会での無線の不安定っぷりを見て、
無線はやはりラジコンプロポが最も安全かと思い、
多chプロポで最も安価なサンワ RD8000 を購入。
というか普通はこういう写真が先やな。電源が単３電池８本用で、どうせ屋内でしか使わないから AC アダプタ仕様に改造しようと分解したのが上の写真。
サーボモータにしてもそうだけど、 案外手ハンダしないといけない部品が多かったり組み立て面倒そうだったり、 こんなん２万円で売ってて儲かるのか？という気もしないでもない。 あるいはちょっと高級なプレステコントローラと思えば妥当な値段かな？
Olimex からの基板を待ってる間、受信機の場所を考えてみる。
微妙に大きくて入らないので、ケース外してこんな感じで搭載。
アンテナは複雑高度な高周波回路技術を駆使した"テキトーアンテナ"。
その辺に転がってたスズメッキ線。(せめてピアノ線使えよ)
という訳で受信機からの信号を受けて動作するプログラムを作成してるつもりが、
いつの間にかモーション調整に時間を取られてたりして油断ならない。特に歩くモーションが危険で、昨日作ったモーションが今日みたら 「いくらなんでもその歩き方は無いだろう」という気分に必ずなり、 またいじり始めてエンドレス。 いい加減ロボットが一人で練習してくれないものか。
仕事が忙しすぎて製作進まず。
モーション作成、操作系改良、他のサーボ評価・入れ換え、バッテリー検討等、やることはいくらでもあるのに。おーいお茶バッテリを作ってる場合ではない。
しかしエントリーしないと始まらないのでエントリーしたら、 普段巡回してるいろんな ページからリンクされたりメールが来て驚いたり。
調べたらslashdotからもリンクされてる模様。これで 2ch にでも貼られたらサーバ火吹くな。
Robo-One に出れるかどうか危険なくらい仕事が忙しい上、夜泣き物体が家
に来たりしてなかなか厳しいが、３連休の内1.5日位はロボットに割けることに。とりあえず配線を少し改良。 なるべく目立たない様に引き回すという方針だったけど、 それだと屈曲で切れ易い気がしたので、ある程度目立ってもいいから なるべく大きなＲで曲がる様にフラットケーブルをそのまま使う方針に変更。
それに伴い、配線分配用の小さな基板を(仕事の基板に混ぜて :)作り、
少しは配線を楽にしたり。
あと、今まで使ってた５セル 600mAH のラジコン用ニッカドバッテリはやはり持続時間が短い気がして、
森永さんなんかは同サイズの NiMH (ORION社製、1100mAH)をつかってるらしいけどネット上で売ってる店が見つからないのもあり、
普通の単３型NiMH を５本パックにして使う様に変更。(しかし予想以上に重く、ほとんどのモーションが作り直しに…)
どうせモーション作り直すならということで、ようやっと Robo-One 用モーションを作り始める。ファイティングポーズ＋前進。(ファイティングポーズはともかく、この前進は全然「戦闘」を連想させないな…。)
ファイティングポーズでの方向転換。
ようやく脚のヨー軸を足首に持って来た妙な設計の本領が発揮されたり。あとはパンチ類を作り、自律の歩行・屈伸モードを作れば、一応参加資格は満たすはず。大道芸とか階段登りとかも作りたいが、時間との勝負か。
アルマイトかけてみたり。ここしばらくむちゃくちゃ仕事が忙しい(1日17時間労働)のに 何故か出来てしまった。外注に渡すだけだからか。
頼んだアルマイト屋は標準コースだと金、銀、黒、赤、青と建材の茶色しかなく、 迷った末、赤と黒の２色にしてみた。 しかし茶色だとメタリックファイターだし赤だとバーニングスター、 青だと雑魚やフリーダムとぶつかる。 どっかに緑か紫を小ロットでやってくれるアルマイト屋がないものか。
折れても大丈夫な様にと、アンテナを２本にしてみたり。しかしやってみると非常に「虫」っぽくなってしまったので 斜めになびかせてみたけど、これはこれで強風？という感じになってしまった。
ようやく全方位カメラ(omnidirectional camera)をつけて"オムニヘッド"を
名乗れる様になった。しかし頭のてっぺんにつけるとブサイクだったのでやはり肩になってしまった。 これだとオムニヘッドではなくオムニショルダーやんか、という話もあったり。
バッテリをパチンと固定する物をピアノ線で作成。マジックテープを使ってたこともあるけど、厚みがもったいないので。
今週末は２日ともロボットにかかれるすばらしい週末だった。
とりあえず各種パンチ類作成。なるべく大げさにしたつもりだがどうか。そしてこの後、また歩行をいじり始めて１日が終ってしまった。 歩行いじり禁止にしないといくら時間があっても足らんな。
資格審査/予選用のモーションシーケンス再生プログラムを作成。
とりあえず予選用のシーケンスを作ってみたけど、作ってみたら２分は意外に短い。
これで２分なら階段登り２分というのは非常に厳しいんでは、という気がする。しかし２分という枠の中でいろんなモーションを作り込むのは楽しい作業でもある。
これでクリスタルをもう２種類を用意すれば、参加資格は満たすはず。 あとは大道芸とか階段登り、あるいは歩行を始めとするモーション調整に時間を使うか。
棺桶。
副葬品。AC電源、バッテリーチャージャはこの状態で使える様に配線もしてあり、 プロポの充電もこの体勢で可能。 あとは発電機を入れれば完結するのだが、燃料電池の時代が来るまで無理か。
穴空けてネジ止めする以外に何か良い固定方法はないものか？
機能には無関係だが、配線を黒くしてみたり。ロボガレージの高橋さんに 「黒いフラットケーブルってないの？」と聞かれて、 そんなモンないやろと思いつつ探してみたら意外な所にあったので。
と現実逃避ばかりもしていられないので、階段登りを作成。自然な登り方からは程遠く、納得行かないが次に進む。 やはり２分を目標にすると安定性を犠牲にしてでも高速化せざるを得ない印象。
階段下り。降り始めたら登りより簡単だけど、最初の位置決めが難しい。 後ろ過ぎると降りれないし、前過ぎると転落する。 出来るだけ許容誤差を大きくする様なモーションにしたけど、±15mm が良い所か。 本番は１回しかないからなぁ…。
Robo-One, 出場して来ました。出発数時間前に逆立ちの確認してたら配線切れたりギア飛んだり、 空港行ったら予約してた飛行機が台風で飛ばず払い戻しになったりと大変だったけど、 結果は準優勝。Robo-One Stairs も無事クリアできたし、充分な結果かな。
本戦30分前になって慌ててサーボ交換、の図。いつの間に撮られていたんだろう？
空港の手荷物検査でとがめられた盾。「この尖った物はなんですか？」「タテです」「はぁ？」「タテです、トロフィーです」でようやく許してもらえたり。
箱は副賞の Autodesk Inventor 7。準優勝賞金、Stairs達成賞金は(森永さんの指示通り)妻に渡したのでもう手元にはない。本当にこれでよかったのか？
