ヒューマノイド型ロボットＵＮＩの製作日誌　０

書きこみ順は、古い物から新しい物の順です。

Ｗ６もキリのいいところまで出来たので、１つ新しく２足ロボを作ろうと図面を引き始めました。 以下に、現時点での構想をリストします。

1. 材料はあるもので間に合わせる。
   （すでに解体したロボットの部品や、多めに買った スペア用の部品が２Ｌ２やＷ６を数台作れるくらい眠っているので、これを活用したいと 思います。）
2. 上半身まで含めた合計自由度：１２
3. 目標全備重量：１ｋｇ以下
4. ＲＣサーボの機種：ＳＲＭ１３０１×１０、ＥＲＧ−ＷＲ×２
5. マイコン：Ｈ８／３０６９×１（メモリ２Ｍｂｙｔｅ）
6. バッテリー：７．２Ｖ／７００ｍＡｈ　Ｎｉ−ＭＨ×１
7. 無線：完全自律にしたいので、無しの方向
8. 第7回ROBO-ONEレギュレーションを満たす。
9. 主要構造材料：いつもの１ｍｍ厚プラ板
10. センサー：ＰＧ０３×２、ＡＤＸＬ２０２×１、超音波距離センサ、Ｃ−ＭＯＳカメラ、 ＣＤＳ、ＰＳＤ等（２Ｌ２とＷ６のシステムに習う）

先週に続いて、構想をまとめつつ、こんな感じで図面を書き進めています。右足を作り始めました。 少なくとも２ヶ月くらいは仕事がかなり暇になりそうなので 、その間に普通に歩くくらいは出来たらいいなと思って います。



以下は構想の続きです。

• 転倒と起き上がりのことは考慮する。
• 応急修理のことは考えない（２分で脚が交換できる・・・とかは考えない）
• 持ち運びは考慮する
• このロボットで新しく試すことは、ボディーの構造。
• 外装つき（キャシャーンのツメロボか、デュアルのＯＰで撃破される羅螺軍のロボみないなのがいいかな？）
• 背の高さは大体３０ｃｍ
• Ｈ８でリアルタイムの歩行の制御が出来るように、逆運動学計算の軽い脚の構造にする。
• 拡張性は重視しない。（２Ｌ１やＷ６のようにだんだん複雑にしていかない）
• 臨む姿勢は、自由研究用のロボット製作ではなくて、ラジコン飛行機か何かを作るみたいに 作る過程よりは、動かすことに比重を置く

ロボサピエンの様に上半身を振って重心移動をするロボットなので、左右方向の可動範囲 の検討や、うつ伏せからの起き上がりの時に必要な可動範囲そして、作りやすさや 剛性などを考えながら設計を進めました。まだ全体が見えないので、コレで良いのか 分かりませんが、ダメなら直すつもりで右足の先から作り始めました。

仰向けからは起きられないような感じですが、いい事にしました。例によってプラ板 で作っていますが、転倒を気にしなくていいようにと考えると、プラ板や出始めの頃の ＲＣカーに使われていたＡＢＳではなくて、 今のＲＣカーのシャーシに使われている様なプラスチック （あれ、正確にはなんていうんでしょう？） が、比重が小さくて、衝撃にも強くて良いのかなーなどと思いました。（量産にも向くし・・・）

各関節のシャフトは、自重が２Ｌ１／２Ｌ２の半分程度ということで、軽量化のため ３ｍｍから２ｍｍに落としました。前からシャフト自体のせん断とか、曲げとかの 強度的には２ｍｍでもＯＫだったと思っていますが、軸受けの面圧が高くなると、軸受けの 穴が広がりやすくなってしまうのが、ちょっと気になるところです。

図面には今のところＴＲＥＶＡが描いてありますが、カメラをＴＲＥＶＡにするか、 ゲームボーイポケットカメラにするか迷っています。

• ＧＢＣＡＭ：Ｗ６のソフトが使えるけれどＩＯに使うピン数が多い。露出調整などに自由度が大きい。モノクロ。ストックは２個（手持ちでステレオ化可能。同期撮影可能）。電源５Ｖ
• ＴＲＥＶＡ：ドライバソフトを新しく書かないといけない。必要ピン数は少ない。露出＆ シャッタータイミングが ユニット任せ。カラー。ストックは１個（ステレオ化未定。２つのユニットの同期も取れないし・・・）電源３Ｖ

  こうして考えると、ステレオにしなければ、Trevaが良さそうな気がしてきました。

  

先日、なにげなく千石電商のＨＰを見ていて、新しい２足ロボ（名前がないと不便なので、 とりあえず記号は２Ｌ３としておきます。）に使う単４のＮＩ−ＭＨバッテリーのバッテリーボックス を探していると、ＮＨ−ＭＨバッテリー自体も手元にあるものよりまた性能アップしていることに 気がつきました。

６Ｌ１用に買った単４のＮＩ−ＭＨバッテリーは東芝のＴＨ−４Ａで５５０ｍＡｈの容量でした。 で、今売っているやつはＴＨ−４Ｋで（ｍｉｎ．）８４０ｍＡｈでした。前のバッテリーもだいぶ 古くなり性能が落ちてきている気がしていたので、新しく１２本買いました。

充電器は、２Ｌ２で用意した「ＡＣアダプタと家電用のタイマ」の組み合わせの充電器で 充電時間を増やせば対応できそうなので、ＴＨ−４Ｋ用のものは購入しませんでした。 ６本セットの状態で、この充電器での充電電流を計測し、充電時間を決めたいと思います。

	ヒザのＲＣサーボ Ｗ６ｖ３で調子が良かったので、２Ｌ３でも両面テープによる固定を採用しました。 そして、少しでも関節の間隔を短くしてロボットを小さくするため、ＲＣサーボのフランジ？部分 （ネジで固定する部分）は切り取りました。（これもＷ６ｖ３の肘と同じです。）
	両面テープ Ｗ６ｖ３から使っている両面テープです。コニシ株式会社製です。
	右脚と部品状態の左脚 左脚は、図面を書きながらではないので、すぐに完成しそうです。凝った工作のＲＯＢＯ−ＯＮＥ 参加ロボットを見ているので「手の抜き過ぎ」みたいな気もしますが、「自律格闘プログラムに 凝るからいいのさ・・・」などと自分に言い聞かせつつ進めています。

以前、ＰＳ用のゲームの「どこでもいっしょ」に出てくる「ネコのトロ」について 「ネコに魚の食材の名前をつけるセンスが素晴らしい！！」と思った （ホントにマグロのトロか名づけたか知りませんが・・・） ので、２Ｌ３にも 何か食材の名前を付けようと考えました。 日本語ではふざけた感じで、アルファベットにするとなんだか意味ありげな感じがする ということから "UNI"にしようかと考えています。（日本語：ウニ（寿司ねた）／英語：ユニ （単一を表す接頭語））

雑学：そういえばmonoも同じ意味だよなー、とネットでuniと何が違うのか調べてみたら uniがラテン語系、monoがギリシャ語系の接頭語らしいです。

	両脚 両脚のパーツを仮組しました。
	脚パーツの断面 脚パーツの断面です。「すね」の部分等は２ｍｍの角棒を１ｍｍの板で挟んだ 中空の構造になっています。
	ネジ止め剤 ＵＮＩではロックタイト２４３を使っています。
	合成ゴム系接着剤 今回の工作の範囲では、プラ板とアルミの接着に使っています。

ピッチ軸の反対軸を作って、出来上がった寸法を反映しながら腰の関節の 周囲の寸法をＣＡＤで詰めていっています。

反対軸 腰のピッチ軸用ＲＣサーボの反対軸パーツです。コレをＲＣサーボの底フタに 両面テープで貼り付けます。底フタの裏側にスペースが無いＲＣサーボに使うと 良いように思います。Ｗ６ｖ３のヒジで同じ構造を使っています。 ココは反対軸が元々付いている、ロボット用のＲＣサーボが適した場所ですね。

ピッチ軸とロール軸が直交するように両面テープでとめました。

腰関節 両面テープでとめてあります。使っているＲＣサーボ （サンワＥＲＧ−ＷＲとＥＲＧ−ＶＢ） のトルクから考えると強度不足のような気がしますが、ロボットの全備重量が 小さいので、多分大丈夫・・・と思いたいです。

マイコン、バッテリー、ＤＣ／ＤＣコンバータの基板をどうやって収めるか、だいぶ考えました。 今回は「ただの直方体はやめて・・・」と考えていましたが、ＣＡＤでいろいろ書きながら 検討した結果「マイコン、バッテリー、ＤＣ／ＤＣコンバータの基板もみんな四角なので、直方体 に収めるのが容積の効率が良くて、使う構造部材も少なく軽くなるし・・・重量制限が 厳しいから直方体で我慢するか・・・」と考えました。 そんな訳で、また直方体になりそうです。

話はそれますが、いろんな工業製品のデザインがどうも平面的になってしまうのは、たとえ ＣＡＤが３Ｄでも、レンダリングが出来てグリグリ回転できても、結局、データ入力と確認 を平面的なディスプレイでするせいではないかという気がします。
バキュームフォームの型やフィギュアを粘土から作る時の感じと、３Ｄ　ＣＡＤを開発して いて得られた知見とを比較すると、そう思います。

あと、フラットな定盤等、汎用の冶具で簡単に精度が出せて効率が良いのも、四角いモノが 多い理由だろうとも思います。（自由曲面は、データを作るのも、モノを作るのも、 強度の解析とかも、全て手間がかかりますね）

ＲＣサーボの機種選定の理由

うつ伏せから、腰の力を使って力任せに起き上がるモーションを考えているので、ピッチ軸 側のＲＣサーボは比較的強力な機種を選びました。手持ちで最も強力なのは ＫＯのＫＲＳ２３４６ＩＣＳなのですが、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が５Ｖ／４Ａしか ないので、アナログサーボのＥＲＧ−ＶＢにしました。

ロール軸は歩行時にジャイロからのフィードバックを行い、歩行の安定の要になるので ある程度パワーがあってレスポンスが良いデジタルサーボのＥＲＧ−ＷＲにしました。

その他の部分は、材料費を抑えるため、ＳＲＭ−１３０１にしました。 （あるものを使うので、あんまり関係ないですが）

胸の辺りを構成する「箱」を作っています。

	寸法の確認 中に納める予定の物が入りきるか、底板を切り出した時点で、並べて確認しました。
	側壁の接着 底板に側壁を接着したところです。関係ないですが、今年初めて飛んできたクワガタ もついでに写真に収めました。
	上板の接着 上板を接着したところです。この穴がメンテナンスハッチになります。フタは ２×５のタッピングスクリュー６本で留めます。ケガキ線を入れやすいこの状態で、 スイッチやコネクタ用の穴あけ加工を行います。

腰関節というか、腹関節というか良く分かりませんが、その辺りと、肩の構造を作りました。

	腰関節 腰関節を胸の箱構造の下に取り付けました。箱から両側に張り出している部分が肩です。
	胸部分 胸の箱構造を上から見たところです。

4月17日の日誌に「２ヶ月くらいで歩けるくらいまで」とか書いてありますが・・・ぜんぜん 出来てないですね。

腰のサーボホーンは、ストックがあるハイトルクサーボ用のなかで 一番内側の穴が、軸より程よく離れていて、φ２ｍｍのタップスクリュー （木ネジ）が使いやすいという理由で、ＫＯ製のモノを使いました。（あんまり軸に近いと、ネジの 穴が割れてしまうので、ソレを避けるためです。)

ちなみに、ハイトルクサーボ用のサーボホーンはホーン部分が厚くて剛性が高く、また、軸部分の 穴が広がりにくいように、軸部分の外周に金属（真鍮？）の輪がかかっています。

ヒザ用は、SRM-1301やSX-101Zに標準で付いてくるサーボホーンを使いました。

腕用は、転倒時にRCサーボのギア等が壊れるのを防ぐため、スプリング入りのサーボホーン （ラジコンカーのスペアパーツとしては「サーボセイバー」という名前で売っている）を 使うか検討しています。ボディーの構造がプラスチック製で弾性が高いことと、RCサーボを 両面テープで留めていることの２点を考慮すると、サーボセイバーを付けなくても、ある程度の 衝撃は逃がせるのではないかという気もします。

	骨盤（前より） 奥の直径１０ｍｍの穴がRCサーボの出力軸用、手前の３ｍｍの穴が その反対軸用です。
	骨盤（後ろより） 背中側から見たところです。
	骨盤（裏より） 脚が付く側です。シャフトは直径２ｍｍです。

両足を骨盤に取り付けて、左右の足が水平および平行になるように調整しました。

	足の水平調整 ボールジョイントのアジャスター（黒い棒上の部分）で、足の水平の調整をしました。 ちなみに、これらの部品はRCヘリのローターマスト用の物を流用しています。 ２Ｌ１用にいろんな長さのを買ってストックしてあった物の余りです。
	足の平行調整 股関節の金具の穴を広げて、両足の平行を調整しました。
	棒やすり 股関節の金具の穴を広げるのに使った棒やすりです。

骨盤と両脚そして、胸を組み立てました。そこかしこがちょっと曲がっていて気になるのですが 、まあ良いことにします。（特にＲＣサーボのケースのテーパーを無視してヒザを組んだのが 影響大でした。）

	前より 前から見たところです。
	後ろより 後ろから見たところです。「腰に回転運動が発生しない」を歩行時における安定化の 条件とするため、腰にピッチ軸方向とロール軸方向の角速度を検出するための ＲＣジャイロ（ＰＧ０３）が付けています。

腕を作っています。ちょっと夏バテぎみで、集中力を欠いたまま作業したせいか、 寸法を間違えたり、右腕を作っているつもりが左腕になっていたりと かがありましたが、まだなんとか直せるところで気が付いたので、再製作はしないで 使ってしまいます。

腕 形はＷ６の腕をベースにしています。各部の板厚、サーボホーンの固定方法、グリッパー 部分がないこと、構造部材を全てプラ板にしたこと等が異なります。

	腕 肩からヒジまでの間をつなぐ部品です。こうして見ると「機械の部品｣といった 感じがします。
	背くらべ 腕を付けて、２Ｌ２と並べて写真を撮ってみました。「なるべく小さく」と思って 作りましたが、背は低くても、むしろ大きい感じを受けます。 （脚は大分短いです。）「頭」は現在設計中です。 付けるともう６ｃｍくらい背が高くなります。

	全身 頭を作りました。とりあえず「四角」です。
	超音波距離センサユニット 永らく死蔵されていた、秋月の「超音波デジタル距離計キット」から、表示に関する部分を 除いて組み立てました。

全身が揃った状態で重さをはかってみました。配線や、細かい部品の取り付け前で約１１５０ｇ でした。ヒザのＲＣサーボがＳＲＭ１３０１で最大トルクが３．３ｋｇ・ｃｍ。そして、関節 間の距離が５．５ｃｍなので、３．３ｋｇのトルクが出ると仮定しても、屈伸時に、ひざを 伸ばして立ち上がれる重量は１．２ｋｇとなります。重量オーバーです。

ちなみに計算は３．３＊２／５．５＝１．２となります。ここで＊２は、両脚を合計する ための２です。

脚のＲＣサーボを強力なもの（例えばＥＲＧ−ＶＢとか）に替えるか、軽量化（例えば 頭をやめるとか）の対策が必要の様です。サーボの交換は、脚の作り直しになり、一度も 動かす前から作り直しは寂しいので、しばらく歩かせて様子を観察してから改造しよう と思いました。

上に書いたような訳なので、ひとまずメカの工作をとめて、制御系の工作に移行しました。 とりあえずは、歩かせられるところまで作ろうかと考えています。

	通信コネクタ RS232のコネクタとしていつもの様にUSBのコネクタを付けました。 （安くて、通電中の抜き差しが考慮されているので気に入っています) ケーブルを引っ張りながら 歩いても良いように背中に斜め下に向けて付けました。 その両サイドのディップスイッチとタクトスイッチは、自律動作時のモード切替等に 使用するためのスイッチです。 右肩の後ろにあるスイッチは、電源スイッチです。定格が２Ａのスイッチを最大５Ａ 流れる回路につなぐわけですが、連続歩行状態で０．５Ａ未満で、２Ａを越える時間は 長くないと見積もっているのでＯＫのはずです。
	マイコンボード裏面 秋月のH8/3069マイコンボードの裏面です。３端子レギュレータとＡＣアダプター用の コネクターは使わないので剥がしてあります。 同じ時にもう1つ買ったキットもそうでしたが、 このキットも一部スルホールが通っていないと思われる部分があり、ジャンパ線で つないであります。（電解コンデンサのグランド側から出ているジャンパです）

	マイコンボード いつも電源系統から作り始めています。電源の構成はＷ６とまったく同じです。 （７．２Ｖ、５Ｖ、３．３Ｖ、１２Ｖがあります。）
	構想メモ（システムブロック図みたいなもの） 初公開！！の構想メモです。（ちょっと絵が恥ずかしい・・・） こういったメモを何枚か書いて方向性や大体の仕様を 決めてから図面を書いています。

マイコンのハードウェアマニュアルを見ながら、モーターやセンサーをどのポートに 接続するればソフトが書き易く、かつ、マイコンの外付け部品が少なくなるかを 検討しつつCADで回路図を描いています。

動力系統の配線

腰から下のＲＣサーボの電源線の配線をしました。腰の左に配電用の基板を設け、ここで 一度電源線を集合させて胸に上げます。（関節をまたぐ電線本数を少なくして、動き易く するためです。）
分岐方法の決定にあたっては、 電源の供給が不足するＲＣサーボが無い様に気を つけました。たぶん大丈夫だと思いますが「関節の震えが止まらない」等、供給不足の 兆候が出た時は直そうと思います。

配電基板 これまた、２Ｌ２で使ったのと同じもので、エッチングして使うための、全面銅箔の基板 を切って使っています。

転落防止センサーの取り付け

背中の通信コネクターの裏側に付けました。立った状態で約３０ｃｍ後方にスポットが 来るような向きに付けて有ります。

転落防止センサー ＲＯＢＯ−ＯＮＥの通称「落ちまセンサー」？です。リングで後進する時に足元を確認します。 この赤外線距離センサーが計測するのは、本当に「点」ですし、計測対象の表面の状態によっては うまく距離が求まらないケースもあるなど、有効でない場合も多々ありますが、簡単に 付けられるセンサーなので、付けました。

ＲＣサーボとジャイロの配線を行いました。ソフトはＲＣサーボを動かすためのもので 一番新しい、Ｗ６の胸部ユニット（Ｎｏ．２サブＣＰＵ用）のソフトを雛形にして書き始めました。

	調整中のスナップ 各関節の中立位置や、歩行モーションの確認のためロボットを吊るしました。 本棚に、ホームセンターで売っているアングル材をクランプでとめたものに 引っ掛けてあります。２Ｌ１以来のいつものやり方です。
	配線中のスナップ 配線中のスナップです。

配線が終わったので、ＲＣサーボを動かしてみました。この作業の途中で、 「フルパワー近くで使うことになるけれどどのくらいの定常偏差になるかなー」 などと何の気なしにヒザ関節に手で”グリグリ”と負荷をかけていたところパキッ という音がして右ひざのＲＣサーボのファイナルギアの歯が欠けてしまいました。 トホホでした。


ＳＸ−１０１（ＳＲＭ−１３０１）は４０個持っているので、使っていないモノからギアを 移植し修理しました。「ＲＣサーボの機種選びを間違えた」様な気持ちが強くなってきました。

05.04.17のところで「今後２ヶ月くらい暇・・・」とか書いていましたが、仕事が無い ので今の部署にいられない状況がほぼ確定し、部署も無くなりそうな雰囲気が漂って きて、なんだかマズイことになってきました。（わりと天職な気がしていたので残念） 本業の方でのゴタゴタもあり、製作の 進捗がイマイチで、先のスケジュールも見えなくなってきましたが、とりあえずは、 第８回ＲＯＢＯ−ＯＮＥへの申し込みをしておきました。

いつものパターンで、Ｈ８用のソフト、歩行モーション生成等の数値計算を中心とした ＰＣ用のＶＣ６(Microsoft Visual C++ Version 6)のソフト、ＲＣサーボやセンサーの 単体試験などに使うＶＢ６(Microsoft Visual Basic Version 6)で書いた ＧＵＩが中心になるソフトの３本構成にしようと思います。

歩行のモーションは、ソフトの準備には手間がかかるものの、一度出来てしまえば 歩行のスピード調整などが簡単に出来るので、これまたいつものとおり、足先の 軌道を決めてから逆運動学計算をして、歩行モーションのデータを吐き出すソフト を作りますが、起き上がり他のモーション用には、いわゆる「モーションエディタ」 と呼ばれている、最近の２足歩行ロボットキットについて来るタイプのソフトを 準備しようと考えています。

一番形が近くて、新しい、２Ｌ２ｂ用のソフトを雛形にすることとしました。 最後に触ってから１年以上たつので、最終バージョンのソースコードを探すところで 先ず時間を食ってしまいました。今は、これがどういうプログラムだったか思い出している 所です。

Ｗ６ｖ３のソフトを雛形にしました。画面は下のような感じです。



ロボットとの通信フォーマットは、ソフトがＷ６ｖ３の流用なので、Ｗ６ｖ３と 同じです。（ハードが違うところは違います）

UNIの形に合わせて、 関節パラメータファイル と、ＶＣ＋＋のプログラムの中で それを受け入れるための構造体を作りました。各パラメータの値は、帰省中で ロボットが手元に無いので、図面の値を仮に入れておきました。後日実測値と 入れ替えます。

ファイルと構造体を作った後は、構造体にファイルの内容をセットするための ファイルＩ／Ｏルーチンを移植しました。

上野の国立科学博物館で、筋肉の付き方を想像しながら恐竜の骨を眺めている時に思いつきました。 ＵＮＩの膝のＲＣサーボのパワーが不足していますが、不足するのが主に深く屈伸した時だけ 、伸ばす方向に不足するだけのようなので、引っ張りバネで不足分を補う方向で検討を 始めました。

ちょうど良いバネがストックにあればいいのですが、多分無さそうです。また、必要な 張力が正確に分かるのは詳細な設計が済んだ後で、今は分かりません。よって、東京で買って帰る 訳にもゆかないので、特性が安定しないものの、入手しやすく、本数の増減で簡単に張力の 調整が利いて便利なので、輪ゴムを使う方向としました。

関節間の長さや、ＲＣサーボへの出力データと実際の関節の角度の対応関係を計測し、 関節パラメータファイルに入力しました。

２Ｌ２ｂ用の関数をＵＮＩ用に移植しました。移植作業の内容は、ＵＮＩの方が 脚の自由度が少ないので、必要の無い部分を削って整合性をとっただけです。 一通りの計算チェックを、プログラムをステップ実行させながら行った後、 ロボットを吊るして、思ったとおりに動くか確認しました。

「カーソルキーを１回押すと、足先が２ｍｍ動く」といったテストプログラムで様子を見ました。 上記の関節パラメータファイル用の測定が甘いので 位置決め精度がイマイチな気がしますが、関数はＯＫの様でした。

使おうとしている輪ゴムに釣り用のオモリを１個、２個、３個と付けてゆき、 荷重と伸びの関係からバネ定数を測定しました。とりあえず３個サンプルを とってやってみましたが、３４％もばらつきがありました。

測定方法がいい加減なのはおいておいても、かなりのバラつきがありそうだと 思いました。

以前、サーマルソアリング用のＲＣグライダーや、フリーフライトの ゴム動力模型飛行機を作っていた頃、ゴムひもはそもそも、伸縮 させるたびに変わってくると読んだ覚えもあるので、まあ、こんなところでしょう。

足先軌道生成関数を移植したあと、関節パラメータファイルの微調整と、脚のロッドア ジャスターの微調整を行いました。そして何回か動かして歩行の周期も調節しました。

これからＲＯＢＯ−ＯＮＥの資格審査に通るために、 横歩き、旋回、起き上がりのモーション生成プログラム、 シーケンス再生プログラム等を作らなければなりません。残りの日数と自分の 作業スピードを考えると、資格審査にパスするところまで当日までに出来るかどうか 微妙なところだと思いました。

ＲＯＢＯ−ＯＮＥといえば、まだ審査結果が事務局より返信されていません。８／２４ にその旨を申し出るメールを出したのですがまだ返信がないので、ちょっと不安に なってきました。（ＨＰにＵＮＩの写真が出てるので、申し込みは受理されているようですが・・・）

輪ゴムの取り付けと、ヒザの屈伸のテストをしました。見た目が「イケテナイ」ですが 効果は上々でした。

横に歩くモーションのデータを出力する関数を作りました。

ところで、審査結果の返信の件ですが、迷惑メールの着信拒否にかかって消えていたことが 分かりました。「info@」で始まるアドレスから月に６００通くらいのペースで迷惑メール が来るため、「info@」を着信しない様にメールボックスにフィルタをかけていました。 そこで、フィルタを一時止めた後、審査結果他の連絡メールを 再送していただきました。事務局殿にはお手数をおかけして、申し訳なかったです。

簡単なモーションエディタをＶＢ６で作り、モーションも作りました。

第８回ＲＯＢＯ−ＯＮＥの当日は、内臓バッテリーのパワー不足で起き上がりができませんでした。 控え室の席順が隣接していたVinsentのHIDEさんに単４のバッテリーボックスでＮｉ−ＭＨ バッテリーを使うのと、バッテリーを半田付けしてパックで使うのとでは、同じバッテリーでもかなり差が出る と伺ったので、さっそく２Ｌ２に第３回のＲＯＢＯ−ＯＮＥで使っていたラジコン用の バッテリーパックに載せ変えて起き上がりをやってみました。

特に問題なく起き上がりができました。振り返ると、大会の準備期間に、両タイプを手に とって、ロボットに付けやすかったバッテリーボックスの方をとりあえず載せたのが運のつき だったなーと思いました。

	バッテリーボックス これが大会の当日に積んでいたバッテリーボックスとバッテリーです。
	バッテリーパック これが２Ｌ２から流用したバッテリーパックです。

引越しの荷物を片付けながら、ぼちぼち製作を再開しました。バッテリーの搭載スペースは、単4サイズの バッテリーを３本ずつ振り分けて載せるように作ってあるので、６本で一まとめになっているバッテリー パックを３本ずつに分けました。電源系をいじるついでに、動力系のＤＣ／ＤＣコンバータの リモコン端子にスイッチを付け、出力をカットできるようにしました。また、バッテリの元電圧を モニタするための系統を追加しました。

バッテリーが軽くなり、上半身の腰のロール軸周りの慣性モーメントが小さくなったので、 歩行の周期を早めました。上半身の動きを大きくする方向の変更もありえますが、腰関節の 可動範囲に余裕が少なく、脚腰のサーボのスピードに余裕があるので、今回は スピードアップを選択しました。 歩かせながらの調整ですが、結果的に１０％ほど早めた所で 転ばなくなりました。

ぱ研 さんのＨＰの プリントアウト を見ながら「要領良く書かれているなー」などと感心しつつ利用させていただき、 接続と画像の取り込みテストを完了しました。 これからカラー映像を処理するプログラムを 整備してゆこうと思います。グレースケール表示にすればＷ６用のプログラムがほとんど そのまま使えそうなので、Ｗ６のＰＣ用のプログラムをＨ８に移植しようと思いました。

撮影した画像の評価の足しにするため、周囲の明るさを計る意図で載せました。 インターフェイスはＷ６のそのまま流用です。

転倒の判断などに使う意図で載せました。 これのインターフェイスもＷ６のそのまま流用です。

屈伸の補助に片脚あたり１０本の輪ゴムを付けていましたが、動かしてみると４本で 十分だったので、４本に減らしました。「率直な感想を述べる人」に見せると、みな 「かっこ悪い」と言うので、カバーでも付けようかと考えています。

１ｋオームの金属皮膜抵抗を２個シリーズに接続し、その中間の点の電圧を A/D変換してバッテリー電圧を監視します。 これのインターフェイスもＷ６のそのまま流用です。

RDCM-802を、全てのモーターから一番離れた位置として、「ランドセル」のてっぺんに 搭載し、接続しました。これのインターフェイスもＷ６のそのまま流用です。

キットに付いて来た「ＰＷＭモジュールを使ってＬＥＤを点滅させる」プロジェクトを ビルドしてボードを動かしてみました。一応動きましたので、開発環境の インストールや基本操作、そしてボード自体に特に問題なさそうなことが確認でき ました。キット付属のサンプルプロジェクトをモディファイして、１つアプリケーション を作ってみようか等と考えています。（チップの理解を深めるためアセンブラで）

あとは、メーカーのＨＰから、面白そうなアプリケーションノートをダウンロードして 読んでいます。

キットと本

また環境認識系のプログラミングがやりたくなってきた所ですが、次のＲＯＢＯ−ＯＮＥ に出ようと思うと、今の時期は運動系のプログラミングが必要なので、９月中旬に 作業を中断した続きを再開しました。高山へ行く前に、けっこう大急ぎで組んだプログラム で関数の整理が悪く、コメントがあまり充実していないので、思い出すのに苦労しました。

歩行のサイクルや歩幅を変えながら、家の中のいろいろな場所を歩かせて観察してみると、 どうも歩き出すときが不安定な感じでした。歩行の周期、左右方向の重心移動の範囲、 歩幅などをいろいろ変えつつ歩かせてみると、歩き出しが急すぎるためバランスを崩している 様だと見えました。そこで「案１：歩き出すときは上半身を前傾させる」 「案２：２歩以上で定常歩行状態 に移る」（現状は２歩目から定常状態）の方針で改善しようと思いました。

ここまで書いて、「でも、２Ｌ２ｂはもっと乱暴に１歩で加速しても少し進路がそれる 程度だったっけ」と思い出し、その理由として腰関節から上のピッチ軸まわりの 慣性モーメントが２Ｌ２ｂほど大きくないことに思い至りました。そこで、腰のピッチ軸 サーボだけでなく、肩のサーボにもジャイロのフィードバックをしたところ、だいぶ 歩き出しが安定しました。でもこれは本筋ではないので、上記案１，２も実施の 方向で検討しています。

普段の保管状態では、吊るしていない時は電源が入っていなくても安定する姿勢として 座らせています。今日は、立っている状態からこの座った姿勢に入り、また立ち上がる モーションを作りました。一通りの機構設計が終わり、重心の位置や、各関節の 作動範囲の見当が付いた時点で、仰向け状態からの起き上がりが出来るかどうかは微妙だと 思っていましたが、これで可能なことが分かり安心しました。

モーションデータを作っている途中で、腕を半分伸ばした状態で前に倒れてしまい、 右ひじのＲＣサーボのギアが欠けてしまいました。スペアのギアは１枚だけで売って いないので、全部新品に換えました。部品代は４２０円でした。

足を前に出すときに地面から離す高さ、歩幅、1歩の時間、上半身を揺らす幅の大きさ 等のパラメータを変えながら動画を撮ってメディアプレーヤーで画面を少しずつ止めたり 動かしたりを繰り返して観察しました。

すると、地面から離れている方の足（遊脚相の足）が実際は、遊脚相として割り当てている 時間の半分ほど地面と当たってスリップしているのが見えました。原因を考えてみると 支持脚の関節の保持力不足に起因する偏差が大きく効いている様に思えました。
また、遊脚がスリップしながら接地している時と、接地していない時で大きさが 変わる支持脚側の偏差 が歩行を不安定にさせている様にも見えました。

そこで足にかかる荷重の変化が緩やかになる様、ほとんど遊脚の足が地面を離れない モーションを試してみました。それが今回のモーションです。ちょっとした床の起伏で 進路がそれたりと、あまりいいモーションではないですが、一応安定して進むので、 これはこれでＯＫかと思いました。歩いている様がクロスカントリースキーの人の 様に見えたので「クロカン歩き」と呼ぶことにしました。

「05.11.06」の所で触れた「案１：歩き出すときは上半身を前傾させる」も入れてみました。 歩き出しの安定がよくなりました。ついでに腕も振るようにしました。

ほぼその場で旋回するモーションを作りました。床と机で動かしてみましたが、 摩擦係数の違いから一歩で 向きが変わる量が結構違いました。自律モードで動かす時には移動量の計算が難しくなる ので困ったものです。非常にラフな結果しか得られないとは思いますが、ヨー軸にも ＰＧ０３を付けて、角速度の積分で旋回量を求めようか等とも思いました。

足をスリップさせられないような摩擦の大きな場所でも歩けるように、足のスリップが少ない モーションを作りました。足のスリップを抑えるため、足裏に１ｍｍ厚のＮＢＲゴムの板を 両面テープで貼り付けて、つまずかないで歩ける様に調整しました。
足裏の写真

胸の前、距離センサー用の突起が前に転倒したときは初めに床とぶつかります。そのため 突起の周囲にクラックが入ってきました。そこで、これ以上壊れないようにバンパーとして 胸部前面に発泡スチロールのブロックを貼り付けました。発泡スチロールは、魚屋さんで 魚が入っている箱を切って使いました。

肩の上にもゲームやアニメのロボットのように板を立てたかったところですが、首を付けたとき に、カメラの視界の妨げになるので、肩より上はフラットにしました。

	バンパー 形を全体の雰囲気に合うように考えました。
	両面テープ 発泡スチロールの貼り付けには「スポンジ用」と書いてある両面テープを使いました。 （パッケージには「発泡スチロールもＯＫ」と書いていあります）
	カッター 発泡スチロールの切断には、電熱線のカッターを使いました。接着面の平面がよく出るように 発泡スチロールの板を金属製の定規で挟んで、定規をガイドとして使いました。

運動の解析のため、一連のモーションを再生している期間の加速度と角速度のセンサーの 出力値を、ロボット搭載マイコンボードのメモリーに記録し、あとでＰＣに送れるように しました。

ＰＣ側でデータを受け取るプログラムは、ｃｓｖ形式のデータを ディスクに落とすように作り、結果を表計算ソフトのグラフ機能で様子を見てみました。 下の測定例は足のスリップを抑えた歩行モーション のものです。サンプリング周波数はＲＣサーボのＰＷＭパルスの周波数と同じ５０Ｈｚです。 （約６秒強の時間サンプリングしてプロットしてあることになります。)

メモリーはひとまず128kbyteのエリアをモーションログ用として割り当てました。 加速度、角速度それぞれ１データ辺り2バイト（16bit)でエンコードしていますので、 約5分27秒の間データサンプリングが継続可能となります。

ところで、この機会にソースコード等を見ながらメモリマップを清書しましたが、なかなか 手間でした。いいメモリ管理の仕組みがあればなー等と思いました。


加速度測定サンプル

加速度センサーはＴｒｅｖａの裏辺りにあり、歩行に伴い上半身を揺らすので、それがはっきり 出ています。ロボットを寝かせた時に約４７０の数値が出てくるので、歩行中は０．３ｇ 程度の加速度がかかっている様です。


角速度測定サンプル

角速度です。測定の絶対量を測る治具が無いので何rad/secなのかは不明ですが、こんな 数字が取れました。

歩いている時に前からつついて仰向けに転倒させてみました。このとき床にはクッションを置いて、 この実験でロボットを壊さないように注意しました。


転倒時のログ

ピッチ軸方向の角速度が「 PG03 ch1(pitch)」、前後方向の加速度が「ADXL ch0(X)」そして ピッチ軸方向の角速度の積分値（角度）が「sum(pitch)」です。以下のように読みました。

• 転倒の途中状態は、加速度センサーから見て自由落下のようなものなので、検出されていない。
• クッションに当たって減速するときの加速度が鋭く出ている。クッションを外すと ピーク値が大きくなる。（すなわち衝撃加速度が大きくなる→ダメージが大きくなる）
• 倒れるに従い、勢いがついてゆく様子が角速度のグラフから読み取れる。
• 倒れるに従い、ロボットの姿勢が仰向けに近くなってゆく様子が角速度の積分値 のグラフから読み取れる。
• バウンドして止まるまでの辺りを、加速度センサーと角速度センサーで見比べると、加速度 センサーの方が周波数応答特性は良い模様。これから見るに、「0.7G以上が0.3秒以上 続いたら転倒」の様なプログラムの転倒判定で良もさそう。

  転倒判定については、「状態の継続」の判定を確実にするのはプログラムが面倒なので、加速度 センサの出力値を ローパスフィルタの式に通して、その結果についてある瞬間の値が一定以上である ことを以って「転倒」としました。ちなみに関連する辺りのソースはこんな感じです。 フィルタについては一時学生の頃凝っていた様なおぼろげな記憶が有るのですが、ほとんど、 容易に思い出せそうも無いほど忘れているのがちょっと悲しかったです。

  adxl_gain = (float)0.2;
  　
  /*ＡＤＸＬ２０２の読み取り*/
  if(switches.adxl_on == 1 && fall_over == 0)
  {
  	read_adxl(&sio);
  	/*ローパスフィルタ処理*/
  	for(i = 0; i < 2; i++)
  	{
  		adxl_data_f[i] = adxl_data_f[i] + 
  				((float)sio.adxl_data_s[i] - adxl_data_f[i]) * adxl_gain;
  
  		/*転倒判定*/
  		if(adxl_data_f[i] < - 300.0 || adxl_data_f[i] > 300.0)
  		{
  			fall_over = 1;
  		}
  	}
  	if(fall_over == 1)
  	{
  		action.sequ_count = 0;
  		action.count = 0;
  	}
  }
  

自律モード用の関数を入れるため、特に歩行モーションを再生する部分と、各関節を動かす時 に目標角度まで補間する部分を整理しました。いじっているうちにだんだんおかしくなり 、はまりました。この先の発展性のことを考えて、部分的にいじらないで、全体的にプログラムを きれいに見直すことに方針を変更しました。

ロボットの挙動から総合的に判断すると、スタックの内容が壊れたりが起きているような感じ がします。コンパイルでエラーは出ませんが、ポインタの操作とか型キャストあたりで、何か まずいことを気が付かないうちにしているみたいです。

チェックライトを色々な場所に入れて、どこで変数の内容が壊れるのか見ていくと、ある関数に 制御が移った時点で、引数として渡す構造体の、その関数では触らないメンバが書き換わるのが 分かりました。色々試した結果、そのメンバを別の構造体に分けたら壊れなくなりました。
ここまでの範囲から判断すると、構造体が大きすぎたせいの様な気もしますが、ホントのところは 良く分かりません。でもまあ動くようになったので、このまま進めます。

自律モードプログラムを書くために、とりあえずＰＳＤセンサーを胸に付けました。 ランドセルの中に後ろ向きに、足元を見る位置にＰＳＤセンサーを付けていましたが、 ケーブルが前を横切っていて、実質生きていませんでした。（ケーブルのルートと、センサー の位置の検討不足でした。）そこで、このＰＳＤを前に移設しました。

Ｗ６を動かした今までの感触で、ＲＯＢＯ−ＯＮＥのロボットのように、金属光沢のある 板で出来ている物は、ＰＳＤセンサーでうまく検出できないのが分かっているため、 ＲＯＢＯ−ＯＮＥ用にはあまり向かないとは思いますが、自律モードプログラムを書くために なにかしら距離センサーの類が必要なので、ひとまずＰＳＤでプログラムを書いて、センサー はセンサーで後で検討します。

プログラムの整理に目処が付いて、歩行制御の関数より上位の関数を置くための準備ができました。 手始めに「正面２５ｃｍ以内に障害物を検出するまで前進」「北に向くまで旋回」というような 機能を付けてみました。

ｕｎｉを見ながら「自律格闘モード」を実現するにはどうしたらいいか 考えました。自律型の相撲ロボを参考にしながら考えましたが、ＲＯＢＯ−ＯＮＥの方が ルール、発生しうる状態の判断、ロボット自体の制御などがみな複雑で、すぐ実現できる気が しないので、実機を使って課題のリストアップから始めようと思いました。

今日のところは以下のようなことを考えました。

• ROBO-ONEのリングには色々と文字が書いてありますが、例えば下のような模様の リングだと、画像認識でリングの縁の判断と、自機位置の判断が比較的容易になるでしょう。

  外周の線の意図 リングの縁から一定距離離して、コントラストの強い線を引いておくと、背景から ラインを確実に２値化で分離できます。 リングの照明条件は「スポットライトでの照明」や「自然光による照明」などがあり 背景の見え方が色々有りますが、リングの縁の内側に線を引くと、リングの表面にカメラ の露出を合わせると「線」としてきれいに浮き立ちます。 Ｔマークの意図 マークの「方向と大きさ」がハッキリしているので、１台のカメラで、マークの見え方から 自機のリング上における位置が割り出せます。

• ROBO-ONEのロボットは他のロボットとの接触が前提となるので、体中に接触センサー を配置することと、センサーからの入力を適切に判定するソフトが状況判断の役に立ちそうです。