関節パラメータファイルのページ

概要

このページでは関節パラメータファイルについて説明します。 私の運動系のロボットの制御プログラムは、元を辿ってゆくと、 シミュレーションプログラムへたどり着きます。そのため、 シミュレート対象のロボットの外形等の諸元を簡単に変更できるように、各関節間の長さ等を プログラムの外にテキストファイルで持っています。私はコレを関節パラメータファイルと 呼んでいます。

２Ｌ１ｖ４までは、６Ｌ１のファイルをそのまま関節数を増やして行った形で使用していましたが、 ２Ｌ１ｖ５で考え方を整理し、新しく設計し直しました。

関節パラメータファイル例（２Ｌ１ｖ６　２００２年７月版）

#右足パラメータ
Bone length 0 : 14.00
Bone length 1 : 6.00
Bone length 2 : 13.50
Bone length 3 : 36.00
Bone length 4 : 95.00
Bone length 5 : 100.00
Bone length 6 : 35.00
Bone length 7 : 20.00
Bone length 8 : 20.00
Bone length 9 : 40.00
Bone length 10 : 30.00
Link Inf 0 : 13.50 : 47.50 : 30.00 : 50.00 : 103.40 : 104.60
Link Inf 1 : 13.00 : 47.00 : 25.00 : 48.50 : 104.30 : 104.30
Link Inf 2 : 18.00 : 41.50 : 30.00 : 40.45 : 104.31 : 104.31
Link Inf 3 : 13.00 : 69.00 : 20.30 : 70.93 : 93.20 : 97.80
Link Inf 4 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00
Link Inf 5 : 11.00 : 53.12 : 20.00 : 53.88 : 99.62 : 101.62
Servo Data 0 : 0.000 : 255.000 : 109.500 : -137.515
Servo Data 1 : 0.000 : 255.000 : 147.500 : 141.653
Servo Data 2 : 0.000 : 255.000 : 38.000 : 135.370
Servo Data 3 : 0.000 : 255.000 : 99.000 : 134.056
Servo Data 4 : 0.000 : 255.000 : 120.000 : 133.509
Servo Data 5 : 0.000 : 255.000 : 135.000 : 133.509
#左足パラメータ
Bone length 0 : 14.00
Bone length 1 : 6.00
Bone length 2 : 13.50
Bone length 3 : 36.00
Bone length 4 : 95.00
Bone length 5 : 100.00
Bone length 6 : 35.00
Bone length 7 : 20.00
Bone length 8 : 20.00
Bone length 9 : 40.00
Bone length 10 : 30.00
Link Inf 0 : 13.50 : 48.70 : 30.00 : 49.00 : 103.40 : 104.60
Link Inf 1 : 13.00 : 47.00 : 25.00 : 48.50 : 104.30 : 104.30
Link Inf 2 : 18.00 : 41.50 : 30.00 : 40.45 : 104.31 : 104.31
Link Inf 3 : 13.00 : 69.00 : 21.50 : 70.93 : 93.20 : 97.80
Link Inf 4 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00 : 0.00
Link Inf 5 : 11.00 : 53.12 : 20.00 : 53.88 : 99.62 : 102.62
Servo Data 0 : 0.000 : 255.000 : 157.000 : -145.792
Servo Data 1 : 0.000 : 255.000 : 83.000 : 141.653
Servo Data 2 : 0.000 : 255.000 : 254.000 : 133.481
Servo Data 3 : 0.000 : 255.000 : 140.000 : 133.358
Servo Data 4 : 0.000 : 255.000 : 143.000 : 133.509
Servo Data 5 : 0.000 : 255.000 : 129.000 : 133.509

ファイルの全体的な構造

全体的には、前半が右足用、後半が左足用になっています。

行の構造

１行の中では、区切り記号としてコロンを使っています。そして、一番初めのコロンまでが その行の種類を表すキーワードです。＃で始まる行はコメント行です。ＵＮＩＸのシェル スクリプトやＣＡＤデータの交換用ファイルフォーマットを参考にしています。

行種類キーワード

種類は"Bone length"、"Link Inf"、"Servo Data"の３種類があります。
• Bone length：関節から関節までの長さで、単位はｍｍです。
• Link Inf：４節リンクを構成している部分の各リンクの長さで、単位はｍｍです。
• Servo Data：各サーボのデータです。約９０度の範囲を２５５分割(8bit)しています。 左から最小リミット、最大リミット、中立位置、変換係数になっています。

キーワード"Bone length"について

Bone length０〜１０は下に示す骨格ＩＤ図の部位の骨格の長さを表しています。

骨格ＩＤ図

キーワード"Link Inf"について

Link Infにはパラメーターのエリアが６個有ります。左のパラメータから順に 下図の「辺ＡＢの長さ」「辺ＢＣの長さ」「辺ＣＤの長さ」「辺ＤＡの長さ」 「角Ａの角度Θ１」「角Ｄの角度Θ２」を表しています。
４節リンク

リミットとは、サーボの可動範囲ではあるけれども、実際には関節が動かないようなところまで 指令を出さないように、逆運動学計算のと中にリミッターとしてセットするための値です。 この例では全くリミッターがかかっていません。（制限範囲を調べるのが面倒だったので しばらく使っていませんでした。）

中立位置とは、そのサーボがついている関節の中立位置におけるサーボへの出力データです。

変換係数とは、逆運動学計算の結果、最終的に各軸（サーボの軸まで含めて）の角度は ラジアンで出てきます。（Ｃ言語の関数がラジアンで値を返してくるため）この角度を０〜２５５に 変換するときの係数です。各ＲＣサーボのバラツキや工作のばらつきを反映します。

Ｃ言語で書いた 制御プログラムの内部において、逆運動学計算など関節に関する幾何計算を行う場合は 必ず関節や骨格の諸元を引数として渡すこととなります。引数の受け渡し処理を 行いやすくするように、以下に示すような構造体を定義し、ここにパラメータファイルの 内容をセットして使用しています。

struct LINKS
{
   double   off_q[2];             //  サーボホーン軸、作用点軸の角度オフセット
   double   io_q[2];              //  サーボホーン軸、作用点軸の角度　０：答え　１：入力
   double   link_len[4];          //  各リンクの長さ　０：サーボホーン　１：サーボロッド
                                  //                  ２：作用点　　　　３：ベース軸間距離
};

struct LEG_PRM
{
   double   lbone_length[12];     //  各関節間の距離
   struct   LINKS links[6];       //4節リンクの長さと角度
   double   savo_st_en[6][4];     //  各サーボの有効データの min : max : 中立 : 変換係数
};