車両型ロボット(Ｗ６)の製作日誌　その２

移動ユニットと共通上半身（なんかいい名前を考えたい・・・）のイメージです。 移動ユニットへのコマンドはある範囲で共通化しようと思っています。 共通化できる範囲はいろいろ考えられますが、例えば「１ｍ前進」の様なコマンドは クローラー、２足、４足等に関わらず使えると思います。共通化出来ないのは 「真横に移動」とか、重心の上げ下げを含む安定性を変えるようなコマンドが 脚式にあってクローラー式に無いコマンドになります。
この辺りの判断を移動ユニットに任せて上半身／頭からはただ移動方向、距離、速度だけを 与えるようにすれば、２次元移動に関して完全に互換性があるインターフェイスになると思います。

一歩進めて３次元化すると宇宙、空中、水中まで共通化できるのかなどと思いました。 こう考えを進めてみると、移動方法、場所に関する属性判断は移動ユニットがわに 出来るだけ判断させるのが良さそうな気がしました。
でも、クローラーに対して「秒速１ｋｍ」みたいなナンセンスなコマンドを出さないように 頭の方もよく状況を認識しないといけませんね。

ソフト、ハードを含めたモジュール化、機能の分け方、情報伝達なんかを考えているとなかなか楽しいです。

W6は移動ユニットと上半身を６Pのフラットケーブル１本でつなぐようにしました。 今のところ２Ｌ２、４Ｌ１へ載せてみたのはイメージで、ただのせてるだけです。でも、 電源容量や積載能力から判断して多分、実際にのせられると思っています。

ＳＦに出てくるロボットは、だいたい胴体で分断されたり、首が取れたりしても 頭に近い側が独立して動くものが多いです。Ｗ６は腕をもう少しましなものに 変えると、上半身だけで這っていく様な事も可能になるので、 ちょっとロボットのイメージに近づいたような 気がします。

頭のデザイン

正月休にロボコンマガジン館で浅草ギ研さんの生首ロボットを見て、とても面白いと 思ったので、はじめはああいったアニマトロニクス系の頭を考えて、いろいろと 絵を描いてみたのですが、どうもしっくりこないので（というか非常にブキミになったので） 惑星探査機なんかのセンサーユニットみたいな、 箱にマイコンとセンサーを入れただけの、機能性と作り易さだけ考えたものに決めました。

Ｗ６ｖ１の仕様

大きく仕様が変わるので、名前のバージョンを上げることにしました。 旧仕様をここに残しておきます。

いろいろ考えた結果、今までの延長で使えてなるべくメモリの大きいマイコンボード ということで、ＬＡＮインターフェイス無しの方の秋月のH8/3069マイコンを選びました。 2MByteのDRAMが付いているので、結構いろいろ遊べそうだと思います。

キットにはH8OSが付いて来るので、連休中にH8OSについて一通りドキュメントに 目を通しましたが、W6v2（当面はLAN機能なし）に使うにあたっては特に魅力を感じなかったので 今までどおり、日立マイコンスクール？のHPからダウンロードしたモニタを このマイコンボードのメモリマップにあわせてカスタマイズし、 内蔵ROMにインストールしました。

取り付け場所は、アナログ信号を出すセンサーを集中的に配置する「頭」の中を 予定しています。（アナログ信号線の長さをなるべく短くし、ノイズを拾いにくくするため）

頭のデザインは、 ゲームボーイポケットカメラから取り出したイメージセンサーのM64282FPを 左右対称に２つ内蔵する等、「顔」を連想させるようなものにしようかと思っています。

ちなみに、１つめのポケットカメラは5000円以上しましたが、最近購入した２つめ以降のものは 500円程度でした。

H8/3664にしようかと思っていましたが、やはり双腕の軌道追従制御ていどは行いたいので AE-H8/3067Fにして、２Ｌ２ｖ１の脚程度には動かせるようにすることとしました。

凝ったデザインにするのはまた今度・・・ということで箱にマイコンとセンサーを 収めました。 このあと「頭」に入れようとしているものは電子式の磁気コンパス、ピエゾブザー、 テレメータ用の無線モジュール等です。

上は床に置いた時に人の顔を見上げることができ、下は手元を見ることができるような 可動範囲を設定しました。３自由度あると動きの表情が豊かになると思いますが 当面は画像認識／空間認識／ナビゲーション等のソフト開発プラットフォームとして 動かすことを念頭に置いているので、必要最低限の２自由度としました。
直方体を基調とした、ロボットらしい素朴なデザイン・・・

配線が出来たので通電してみました。左右のカメラ、ＰＳＤはＯＫでしたが 超音波センサーユニットのベステクＢＴＥ０５４が正常動作？していません でした。出荷状態で60cm程の距離から出力が4.9Vに固定して動きませんでした。

コンパクトで５V電源だけで使えるので期待していたのですが、動かない原因が 不明なので、ひとまず降ろしました。

以前はPSDが直射日光の下では使えないと思っていたので超音波センサーも 積むつもりでしたが、ある程度使えるようなので、しばらく無しで行こうかと 思いました。

肩から先の部分を設計中です。自由度は手首を入れて片腕あたり４とし、腕の先は 両腕で挟んで物を保持するタイプを考えています。 そこで、両腕で挟んだ時の保持状態と「手探り」する時を考えて、 片腕辺り４〜１０個程度の マイクロスイッチを取り付けようと、いろいろスケッチを描いています。

No.2サブCPUボードのI/Oボードの配線とテストをしました。始めに、初めて使う Sipexのレベル変換ICのSP233ACPの配線を行い、メインCPUとNo.2サブCPUの 間の通信が正しく行われるか確認しました。特に問題はなかったので、SP233ACP の使い方に誤りがないことを確認できました。

テストプログラムとしては以下の様なものを使いました。

ハイパーターミナルから'9'を入力−＞サブCPUはRXD1から'9'を受け取ったらTXD2へ '0'を出す−＞メインCPUはRXD0から'0'を受け取ったらブザーを2回鳴らす

２Ｌ２のｓｃｂ８用ソフトをベースに作り始めました。今日の時点で異なる点は ＲＣ受信機のインターフェイス関係を外したことと、メインＣＰＵとの通信のため ＳＣＩ２を使えるようにした程度です。

ムービーのダウンロード：Ｎｏ２サブＣＰＵが Ｎｏ．１サブＣＰＵへコマンドを正しく中継したか確認するために走らせてみました。

２Ｌ２の脚のように、簡単に外せるようにするかどうかについて考えました。 今のところＷ６はロボコン参加等のために部屋から持ち出す予定がないことと、 ２足ロボットの脚と同様に、腕を何回か作り直すつもりでいるため、搬送については 当面の間は考慮しないこととしました。

一応撮影してPCの画面に表示するプログラムが出来てから、いろいろ照明条件が異なる シーンの撮影をしてみたのですが、どうも写りが悪いと思っていました。 久しぶりに見直してみたところ、露出調整ルーチン の撮影したイメージの明るさを評価する部分 にバグを見つけました。このバグを直したら、かなりもっともらしく写るようになりました。

はじめにH8/3048F用組んだプログラムをH8/3067F用に移植した時におかしくなったようです。 頭が動くものをうまく追わなくなっていたのですが、どうやらここが原因だったようです。

部屋に置いておくロボットの外見について作りやすさと見た目の印象の面から 考えています。ロボットの骨格が見えるまま、ガンダム系、 グラスファイバーの骨格にフォームラテックスのカバー、子供向け番組のパペット等が 思い浮かびました。私の好みとしてはパペットが良いと思いました。

RCサーボを動かす部分を書いています。どの関節も、RCサーボを単体で動かす時は １８０度の範囲で動かせるような信号を出すようにしています。 分解能は２Ｌ２ｖ１の経験で約９０度を２５５分割した状態で、ＥＲＧ−ＷＲ等 の高価な部類に入るＲＣサーボはまだいけそうな感じでした。そこで、１８０度を ８００分割程度に設定しようかと考えています。

Ｗ６のＲＣサーボはＳＸ−１０１Ｚなので上記の設定は生きないと思いますが、 あとで２Ｌ２ｖ１へプログラムを流用するつもりなので入力信号のレベルで分解能を アップすることとしました。

テスト操作用画面のスクリーンショット

手先の軌道生成等に使うため、テーブルを使ったsin, cos, tan関数を作りました。 引数をラジアンではなく「度」単位で渡します。テーブルとしては sinの０度から９０度までの範囲を１度刻みで小数点以下５位まで持っていて、 点と点の間は１次の線形補間（要は直線でつないでいる）で求めています。 ロボットの関節計算に使うものなので、けっこう適当なプログラムです。 秋月のマイコンキットと一緒に売っていたり付いてきたりするＣコンパイラ用です。
そのあと、２Ｌ１／２Ｌ２の足先の加減速パターンとしてずっと使っている cos関数から作った加減速パターン生成関数をPCから移植しました。

ソースコードの表示（参考までにブラウザで見えるように.txt拡張子にしたソースを置いておきます）

加減速パターンのテストを兼ねて、うなずき動作を作ってみました。 Ｗ６ｖ２をＰＣに接続していない時の出力の一形態としてジェスチャーを 検討しています。Ｙｅｓ／Ｎｏ、処理の成功／失敗等を表現する時に 使おうと思っています。

先週に引き続き、手先の軌道生成等に使うため、テーブルを使ったasinおよび 多項式の近似式を使ったatan2関数を作りました。これらも引数をラジアンではなく「度」 単位で渡します。

これら関数を利用して ボールを拾うモーションを作ってみました。このモーションは、２つの関数から構成されています。 １つは腕を開／閉する関数で、手先の間隔などを引数にしています。そしてもう一つは、 腕を上げ下げする関数で、手先の床からの距離等を引数にしています。 テストで使っているスポンジボールは直径約１０ｃｍで、知能ロボコンのボールよりも 一回り大きなものです。Ｗ６ｖ２の腕も、ボールも柔らかいので、腕先間隔を９ｃｍ程度に 設定すると、このムービーのようにちょうど良い握力で持ち上げられます。このまま走らせても 落とすことはありませんでした。

今後は、適当な場所に転がっているボールを発見し、決めておいた場所まで持ってくる ようなプログラムを書く方向で進めようと思っています。

Ｎｏ．２サブＣＰＵのソフトは腕と首を動かすところと通信に関する ところまで出来たのでひとまずＲＯＭ化し、メインＣＰＵのソフトにかかりました。 左目のプログラム、メインＣＰＵに付いているプログラマブル水晶発信器とのインターフェイス ルーチン（起動後の積算経過時間等の計測用）、サブＣＰＵとの通信部分等細かいサブルーチンを そろえている途中です。

テスト操作用画面のスクリーンショット

左右のカメラからの画像の中（ボールの部分）に明るいスポットがそれぞれ２つ写っています。 ＰＳＤセンサーの赤外線ＬＥＤが照らしている場所がこの様に写ります。 ここまでハッキリ出るものとは思っていませんでした。画像処理に影響がありますので 、「盲点としてソフトで処理」「撮影時はＰＳＤの通電を止める」「積極的に利用」等 どう扱おうか考えています。

装備されているハードの機能を使うソフトが一通りそろってきたので、壁に沿って 走るプログラムを書いてみました。３分間連続（距離にして約２１ｍです） で３回試してみたところでは 「だんだんと蛇行が大きくなり壁にぶつかる」といったこともなくうまく動いていました。
壁との距離の制御精度はだいたい４５ｃｍ±２０ｃｍといったアバウトなものです。

Ｈ８用にはずっと秋月でキットと一緒に買ったＣコンパイラを使ってきました。 ２Ｌ１や２Ｌ２等、ロボット内蔵のプログラムがＲＣサーボの信号生成や センサーとの簡単なインターフェイスの機能のみの時は、ほとんど unsigned charとunsigned intの変数しか使わず、単純な関数しかなかったので、 あまり不都合を感じていませんでした。しかし、Ｗ６のメインＣＰＵ用プログラムのように、 いままでＰＣに載せていたプログラムを移植し始めると、いろいろと不都合を感じ始めました。

感じている不都合は主に関数への引数の受け渡しと、変数の型変換が発生する計算です。 しばし「なんでこれが動かないの？」みたいな挙動にあたり、プログラムを書いている時間の 半分くらいを、そういった挙動の回避するためのコーディング変更にかけているかんじです。

今のところはまだ「だましだまし、なんとかいけそう」とは思っていますが、 コンパイラにはまっている時間が惜しいので、Ｈ８／３０６９のキットについてきたgcc を試してみようと思い、セッティングしドキュメントを読み始めました。

頭を１８０度動かしながら、ＰＳＤセンサーで測距し、結果を レーダーチャートの形式で画面に表示するプログラムを書きました。 線で囲まれた内側が 「障害物が無いので走っていい場所」というように解釈できます。（環境によっては）

実際のところは、頭がついている場所より低い物にぶつかったり、物体表面の状態 （極端な例では鏡面とか）によっては正しい距離が測れなかったり・・・と、 このデータだけで部屋を自律走行させると、けっこう良く行動不能になります。

Ｗ４では、この図形の認識プログラムの作成をずいぶんやりました。 結局たいした成果は得られなかったのですが、Ｗ６に反映させてゆこうと思っています。

露出が多い時はシャッター速度を半分、少ない時は倍という方法でやっていましたが、 いつまでも目標の前後で振動して止まらない様な状態がしばし起きていました。 これを改善するため、目標を行き過ぎたとき、多くなった時は７５％、少なくなった時は １５０％のシャッター速度にする様に改善しました。目標値の幅との組み合わせが 前よりよくなった様で、今のところ振動現象は収まっています。

Ｗ６には腕があって、首があるので、マンガのロボットによくある「自分の首を外してみせる」 というギミックを是非装備したいと考えています。（うけるかな？）

今のところＷ６は１３２０ｇの重さがあります。移動ユニットだけで走らせていた頃は そうでもなかったのですが、信地旋回に近い旋回半径で旋回させると覆帯が外れそうです。 そんなわけで、５００ｍｍ程度の旋回半径で、そーっと旋回させています。

壁沿いに廊下を走ってゆき、突き当りで曲がり、また壁沿いに走るという動作を試し うまくいきました。 コマンドの与え方は以下のようなものです。
• 左の壁伝いに最高９０秒前進。分かれ道（壁が途切れるところ）は無視して進路保持、９０秒たっても突き当たりに出会わなければ処理中断
• 突き当たりにあたったら半径約５００ｍｍで後進しながら約８０度旋回
• 左の壁伝いに最高３０秒前進。分かれ道は無視。

メインＣＰＵ、サブＣＰＵ　Ｎｏ．１＆２を全て使う動作として試してみました。 今回はボールを正面に置いてのスタートでしたが、５０ｃｍも走れば進路が 逸れてくるため、ボールの正確な位置確認をせずグリップ動作に移るプログラムが うまく働くのか心配でしたが、大丈夫でした。

今回のテストは「ボールを発見し、正面に捉えた」後で最終的に近づいてゆく場面を 想定していますので「認識」に類する処理は行っていません。

今までは、２値化、領域へのインデックス付けの サブルーチンがＶＢ６のプログラムに混じっていました。 私の場合、画像処理ルーチンをこのままＶＢ６で書き進めると効率が悪いという理由と、 ロボット内臓のＣＰＵへの移植の効率を考慮して、ＶＣ６へ移植し、面積、重心、ライン の方向計算等のルーチンを加えて発展させました。

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２値化と画像の重心計算の一部をH8/3069用に移植し、ライントレースを試してみました。 ２値化したデータから「ライン」だけを取り出す部分が入っていないため、家具の下に出来る陰など 、「黒っぽいもの」がフレーム内でラインを探している範囲に入ってきた時にラインから それてしまいますが、今回のプログラムでも周囲の条件次第ではラインをトレースできることが確認できました。

先週の続きで、２値化で残った対象から、ラインの直線部、曲線部そして分岐部などを、 「縦横比率が３．０を超え、幅の平均が４ピクセル以上」等といった簡単なルールで 認識する部分を書きました。そして、このルーチンに対して 「ＢＯＸが他の領域と重なる場合」「いろいろな方向からラインを撮影した場合」など で、テストをしました。

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ライン、テレビのリモコン、ビデオテープの中からラインを認識？し、黒く塗りました。

「動いている物がある」と思われる方向へ頭を向けるサブルーチンを、ＰＣからロボット内臓の ＣＰＵへ移植しました。以前「カップ麺追跡」としてムービーを公開したプログラムと 同じ物です。ＰＣへ画像を送る部分が無くなるので、処理が早くなることを期待しましたが 思ったほどではありませんでした。

ロボット本体で処理が完結するので、棚の上に置いて３０分ほど様子を見ました。 自室の中では、私が動くだけなので、私のほうをずっと向くかと思っていたのですが、 関係ない方向を向くケースも多く発生しました。追従の能力も低く、あまり「追っている」様に は見えなかったので、もうひと工夫が必要だと思いました。

このサブルーチンは「追跡」には向かないけれども、とくに追跡中の物体が無い時、 「初めに注意を向ける」目的にはある程度使えそうだと思いました。

ここしばらくソフトを書いてきましたが、飽きてきたので腕を作り始めました。 仕様は大体以下のような感じで考えています。
• 可搬質量５０ｇ以上
• 片腕辺りの自由度４（グリッパ含む）
• 地面に手が届く程度の手先の到達範囲
• 両腕で８時間程度の製作時間
• 今ついている肩に付けられる
• ＲＣサーボは両面テープで固定、機種はＳＸ−１０１Ｚを使用
• ＲＣサーボのギアの強度、バックラッシュ、不感帯広さおよび可搬能力に見合った腕全体の剛性
• センサーは後日追加

地面が傾いている時も上半身を水平に保つ等、重心のコントロールのため、自由度２〜３の 腰を設計中です。自由度についてはかなり迷いましたが、１個めは自由度２で作ってみようと 思っています。

左腕の肘から先を作りました。「自作ロボット入門―アニマトロニクス編」を読んだり、 ＲＯＢＯ−ＯＮＥ会場でいろいろな造りのロボットを見て、今までも「簡単に済ませている」 つもりでしたが、「もっと簡単で良いかも・・・」という思いが浮かんできていました。

そういった訳でこの腕は、ＲＣサーボの固定には両面テープを使い、２枚の板の間に挟むだけ としました。また、サーボホーンの反対側の軸も、３ｍｍのボルトがついた板をＲＣサーボの 裏蓋に両面テープで貼り付けるだけにしました。

この形ですと、多分ＲＣサーボを外す時には部品を壊して外すことになると思いますが、 いままでに作ったロボットでは、「簡単に交換できるような構造」にしてあったにもかかわらず、 飽きて部品取りをする時や、大きな改造をする時以外にＲＣサーボを外すことが無く、 機構的な配慮が無駄になっていたので「まあいいか」と思っています。

肩から肘までの間のパーツを作りました。組んでみると、片持ちになっている肩部分での ガタが激しいですが、まあ動いたのでプログラミングの練習用としてしばらく使ってみる 事としました。

タッチセンサー取り付け部の機構と、右腕の構造（肩を両持ち式に変更）は検討中です。

各関節を個別に動かす、テスト用のプログラムで少し動かしてみたところ、Ｎｏ．２サブＣＰＵ で軌道生成を行ったり、通信で待ったりと、ＲＣサーボの制御信号を止めている時間が 少々長すぎるようで、腕が自重で動いてしまい、ごく軽いものも保持できませんでした。

ときどき考え込んで動きが止まることは、Ｗ６に関しては許容するつもりなので、 止まるタイミングを動きに差し支えないところにするため、ソフトを改善しようと 思いました。

左右の腕の構造を変えようかと考えています。腕用の制御ソフトが２種類になってしまいますが ・・・まあいいでしょう。

左腕が今ひとつ気に入らなかったので別の構造にしようかと考えていましたが、代案と 左腕を比較し、代案として考えていた構造はＲＣサーボの制御信号を止めた時に、腕が たれて、地面に着かないような姿勢がとりにくいものだったので、結局左右で同じ構造 の腕にしました。

肘から先の部分のアルミ材は、半端なストック材料を使ったので左右の腕で違っています。 0.5mm厚のアルミ板をよく工作に使っていた頃（1988年頃)に買ったものだと思うので 、１０年以上前の残材です。

２Ｌ１ｖ６〜２Ｌ２ｖ１までは、動作パターンデータ等は絶対番地でストア先を管理 しながら外付けＲＡＭに格納し、通常の変数はプログラムの実行速度が多少なりとも 上がるようにと内蔵ＲＡＭにスタックをとって格納していました。
同じ要領でＷ６のメインＣＰＵの画像データもストアしていましたが、 管理が煩雑なので、スタックを外付けＲＡＭにとり、配列変数にストアする様に 変えていました。この変更で多少プログラミングの快適さが増しました。

メインＣＰＵの方が快適になったので、Ｎｏ．２サブＣＰＵ用のモニタ（日立のモニタ)の スタックエリアも外付けＲＡＭに取るようビルドしなおしました。

で・・・プログラムを直して実行してみると・・・動かない（スタックが正常に機能していない） ・・・・あれ？
というわけで、この変更はまた今度にしました。

一応両腕が揃ったので、各関節の動作開始角度、終了角度そして補間のポイント数を指定して 動かしてみました。全備重量と比較して、腕の質量が馬鹿にならない比率を占めているので 動かすたびに全身が揺れました。２足ロボットと比較して、だいぶ重心は低くなっていますが、 気をつけないと転倒しそうです。

ここは一つ、転倒状態から腕の力で起き上がれないか試してみようと思いました。

現在Ｗ６の走行カウンタ用フォトインタラプタのハードは、直射日光のある場所で走るときと、 屋内を走るときに感度設定ボリュームの調整が必要な様になっています。この再調整が面倒 なのと、メインＣＰＵまで付いた状態でしばらく遊んでいたところ、走行距離の決定にその他 のセンサしか使っていなかったので、読み取りに関するコードを撤去してしまいました。

このソフト変更のついでに、プログラムの構造を整理し、移動ユニット制御コマンドの フォーマットも少し変え、超信地旋回も出来るようにしました。(走らせる場所によっては、 確実にクローラが外れますが)

左手にタッチセンサー用のマイクロスイッチを埋め込み中です。ものをつかんだ時や、 手が物に当たったときに分かるような配置で付けています。

腕に関する工作が一段落したので、気分を変えてＷ６を外で走らせてきました。 頭の中に積んでいる磁気コンパス（秋月で購入のRDCM-802）がどの程度のものか、 出力が「北」のときは進路を右に、「北東」のときは進路を左にというようにして、 北北東に向けて蛇行するプログラムを試してみました。

まあパッと見た感じでは、目的の方向に走って行ったので、 野外で長距離を走らせるとき「同じところを回ってしまう」ことを防ぐやくに立ちそうだ と思いました。（RDCM-802は３６０度を３ビットで出力してくるので、大雑把な方向が分かります。）

関節がたくさんあるロボットは、全身モーターの磁石だらけなのでロボットに載せて 使えるのか不安に思っていましたが、役に立ちそうで良かったです。 今回は、その昔Ｗ４で何の気なしにモーターのそばにコンパスを積んでしまい、ぜんぜん ダメだった経験を生かして、頭のてっぺんにセンサーを配置したのが良かったのかもしれません。

超音波距離センサーの搭載

外を走るときに、距離センサーとして「シャープGP2D12」だけではレンジが短すぎて寂しいので、 超音波距離センサーをまた搭載しました。今回搭載したのは秋月の「超音波デジタル距離計キット」 でセンサーとしては日本セラミック社製のR40-16, T40-16が使われています。 測定レンジは１０ｃｍから３．５ｍくらいまでとなるように調整しました。 調整と読み取り方法がいい加減なので、誤差は３％程度でした。

キットはＷ４用として１０年以上前に組んだものですが、動作するので使ってしまいました。 キットはそのままに組むと、電源電圧が９から１２Ｖで動くようになります。Ｗ６は制御系電源も 動力系電源も５Ｖに統一してあるので、このユニットも５Ｖで動くように直そうかとも思ったのですが、 受動部品のストックが足りなかった一方、５Ｖ−＞１２ＶのDC-DCコンバータＩＣ(MAX662A)のストックがあったので、 12Vで使うこととしました。

超音波距離センサのインターフェイス部分と、腕関係でＣＰＵ間の通信コマンドが増えた分を メインＣＰＵのソフトに足しました。

カメラで撮影した映像から、ボールを探し出すアルゴリズムを考えています。一つ思いついたのは、 先日作った、ライントレース用の、黒線分離サブルーチンにボールが写っている映像を通して 見たところ、ボールの下に出来る楕円形の影が２値化で残っていました。自分の部屋は天井に 蛍光灯が１本あるだけの照明なので、この条件ならばライントレース用のプログラムを少し直すと ボールを見つけられることが分かりました。

その他、順光、逆光ｅｔｃ．条件ごとに、ボール用だけでも幾種類かのサブルーチンを用意 することになりそうです。

こう考えてゆくと、適したサブルーチンを呼ぶためには、周囲の照明状態を認識する機能が 必要に思えます。

こんなふうに、組み立て式に考えて、ロボットの機能を拡張して行くのは楽しいですね。

はじめに

部屋の中を勝手に走らせたり、急カーブがあるラインをトレースさせたり、物を拾ったりする時 のアプローチを楽にしたり等を考えて、車輪式の移動ユニットを作ることにしました。 腰の部分にも関節を付けて、左右９０度の動作範囲を確保します。こうする事によって 「ふりむく」ことが出来るようになり、バックする前にカメラで真後ろまで見られるようになります。


ＣＰＵ


移動ユニットＴｙｐｅ２用のNo.1サブＣＰＵ については、Ｈ８／３６６４も面白いのですが、 別にスペースが足りないわけではないので、余裕がある分 使うのが楽なＨ８／３０５２を使う予定です。

センサ


ＰＳＤを前後左右の４個といくつかの タッチセンサーをつけようかと思います。移動ユニットＴｙｐｅ１（キャタピラのほう）は 後進のときに障害物に引っかかるケースが多かったので、後ろ向きにもＰＳＤをつけることにしました。 （引っかかるのは、移動計画のプログラムが「ちゃち」だからという話もありますが・・・） 横向きのＰＳＤは壁から一定の距離を保って走る時に使います。
以前Ｗ６で壁伝いのプログラムを試した時は、頭のＰＳＤを使ったので、壁を見ている間は 「前を見る」ことが出来ず不便でした。この辺を改善しようと思います。

移動ユニットType1は、移動距離の計測用に車輪の回転をカウントするための赤外線センサ を付けていますが、今までのところ移動距離は対象物までの距離と、移動速度と時間で求めれば 用が足りていたので、ひとまずType2にはこの赤外線センサを付けないことにします。
部屋は狭いし、データベースに移動用の特徴（どこが「壁伝いが出来る場所か」とか）は 持ちきれるし、外を走る時はコンパスや「なにか見えるもの」を移動方向の保持に使える と思うので、簡素な移動機構ですが多分いろいろと遊べるでしょう。

移動の機構


そして、移動のかなめ、モーター、ギア、タイヤは例によって「楽しい工作」シリーズの部品です。 キャスターは、ホームセンターで２００円くらいで売っている普通のキャスターです。 以前「ロボットの部品の値段のバランス」みたいなことに言及している文章を見ましたが、 そういう面からいうと、このロボットは移動機構にケチしすぎとも見えます。

移動の速度


超音波距離センサと赤外線距離センサの測定レンジ、部屋の広さ、ぶつかった時に壊れない、 暴走した時に簡単に捕まえられるｅｔｃ．を考えに入れて最高２０ｃｍ／秒程度に決めました。

いつもの調子で作っています。ギアボックスのバックラッシュが大きいので、このままだと 上半身を旋回させた反動で、５度程度は向きが変わってしまいそうです。 ５度も向きが不確定になってしまうと、制御がしにくいと思います。

落ちている物を拾う時は、アバウト（プラスマイナス１０ｍｍくらいの精度）に移動し、 最終段階では腰と腕の自由度を利用する（ｍｍ単位の精度）つもりでいるので、 タイヤにブレーキを装備する等して、向きが変わらないようにしようと思いました。

腰の部分が出来ました。なるべく簡単に・・・とは思っていましたが、ＲＣサーボを 一度分解して取り付けるような、面倒な形になってしまいました。

左の写真は上半身を載せて見たところ、右の写真は腰の裏側です。 （こちらの写真は大きく表示できます） ＲＣサーボを囲むようにジュラコンのローラー付いていて、ＲＣサーボの軸を曲げるような 力がかからないようにしています。機構と工作精度の都合上、４つのローラーがのうちどれかが 浮いていることが多いようですが、役に立っている様です。 （このへんは動かしてみないと分かりません）うまく出来るかちょっと心配でしたが、 ここまでは成功と思いました。

電源ユニットとＰＣからの通信ケーブル接続口が背中にあるので、今すぐこの形で動ける わけではないのですが、腕が必要ないときは、こんな形で動かしても面白いかと思いました。

一応出来上がったので動かしてみました。走行速度は・・・ちょっと遅すぎの様な気も しますが、しばらくこのまま使います。腰の関節も動かしてみましたが、まあ異常なく 動きました。周辺の構造強度が不足ぎみで、グラグラしてます。そーっと動かせば （動きの最大加速度を適当にすれば）まあ当面のソフトのテストには使えるでしょう。 今後、改良型の腰関節を設計しようかと思いました。

今回はＴＡ８４４０Ｈを載せました。H8/3052はITUの中にカウンタが５個あるので、 うち２つを ＰＷＭ制御用に割り当てました。周波数は、なんとなく１ｋＨｚにしました。

参考
移動ユニットＴＹＰＥ１ではＴＡ７２５７Ｐを使い、移動速度はソフトのタイミングループ を利用した５０ＨｚのＰＷＭで変えていました。

「床に落ちているボールを捜して拾う」ために以下のようなプログラム作成を考えています。
• 照明条件を「自分の部屋（直射日光の射しこみ無し）」に限定して、ボールの認識
• ロボットの手が届く範囲内の、任意の位置にあるボールの拾い上げ動作
• 指定位置までの移動するためのルーチン（簡単な移動経路計画ルーチン）
• 「部屋の地図データベース」
• アームの逆運動学計算、手先の軌道計画

  やりだすと、結構きりが無いテーマなので、まあ、あまり深入りはしないつもりです。 あと、４３３MHｚ帯の単方向通信の無線モデムを載せて、Ｗ６がどう判断して動いているのか を、ＰＣでモニター出来るようにしようかと考えています。

  その他搭載予定のものとしてはＣｄｓがあります。カメラの露出調整の時間を短縮するため、 Ｃｄｓで計った明るさを露出調整のスタート地点にしようと考えています。

腰の関節も、メインCPU からのコマンドによって動かせるようにソフトを拡張しました。 また、No.1サブCPUに赤外線距離センサが増えてやり取りするデータのフォーマットが少し 変わったので、そのあたりも対応させました。（メインCPUからNo.1サブCPUへコマンドを 出す時は、No.2CPUが中継するためです。）

けっきょく手元の２足ロボットと同じような部品で、同じような「造り」で構成したので、 同じような全備重量になりました。はじめは「簡単なロボット」と思って作り始めましたが ・・・ある意味２Ｌ２よりもさらに凝ったロボットになってきました。

ハードが結構変わったので、ロボットの名称のバージョンを変える事にしました。 W6のトップページの要目表を変えるので、古いほうはここに残しておきます。 Ｗ６ｖ２の仕様


全高	330mm
全長	201mm
全幅	294mm
重量	1660ｇ
モーター	腕（８）、首（２）ＲＣ用サーボモーター　計１０個 走行用モーター　２個 （メーカー：マブチ　機種：FA-130　個数：2）
電源	リチウムイオン電池　（7.2V 19.4Wh）
センサー	画像取込用イメージセンサーユニット　２セット 距離センサーユニット（超音波１／赤外線２セット） 走行距離センサーユニット（フォトインタラプタ２セット） タッチセンサー（移動ユニット＆左手）
ＣＰＵ	Win98 PC(Duron 1GHz / 256MByteRAM) H8/3069F(25MHz / 2 MbyteRAM) H8/3067F(20MHz / 32 kbyteRAM) H8/3664F(16MHz / 2 kbyteRAM)

車輪を回す時間をメインCPUで計り、移動距離や旋回の量を制御するプログラムを書いてみました。 ４秒、８秒、１２秒の間、一定のPWMディユーティー比でモーターを駆動して 何mm走るか計測し、時間と移動距離の関係の補間式をつくり、メインCPUに持たせました。
しばらく動かしてみると、動力系のNi-MH電池の残量によって、ちょっと許容できない誤差が でる事が分かりました。プラスマイナス１０％程度までならそのまま使おうかと思っていましたが ２０％に近かったので、以前のように動力系も安定化するため、２Ｌ２のほうへ行っていた ＤＣ−ＤＣコンバータをＷ６に戻しました。

現在「頭」の中に積んでいる磁気コンパス（RDCM-802）は、方位を８方向（3bit)で出力 してくるため、そのままでは最大±４５度の誤差が生じます。そこで、頭を回転させながら 約2度刻みで測定を行い、出力データの変わり目の方向が、ロボットから見てどちらの方向か を調べ、 その情報から現在の方位を計算するという、補間計算ルーチンを作りました。

普通の針のコンパスと比べてみたところでは、だいたいあっているようです。これで、 測定に1秒程度はかかるものの、±３度程度の誤差で測定出来るようになりました。 （あまりきちんとした校正が出来ないので、感じですが・・・）

センサーの出力が信用できるとすれば、 測定の細かさや、測定データの統計処理を変えることによって、 もう少し補間結果の精度を上げられそうな気がしています。

ただ単に「画像の縦方向もしくは横方向に隣接するピクセルの明るさの差が一定以上の場所に 印を付ける」というプログラムを作り、閾値や撮影方法（光の当たり方）を変えて試してみました。 どうやってボールを画像から切り出すか模索しているところです。
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ボールの輪郭が半分くらい出ていますが、床の模様も出ています。家具の隙間は 「ライン認識」プログラムによって、「1オブジェクト」として切り出され、四角で 囲まれています。

複数のフィルタプログラムの処理結果をつき合わせ、評価関数 （チェスとかオセロのヒューリスティックに作った戦略アルゴリズムみたいなやつ） を通してボールの存在に 見当をつけ、最終的にはレンジファインダを使ったレーダーチャートの形の認識から 「模様ではなく、立体物であること」を確認するという流れが良さそうだと思いました。

ボールを拾えるようになるためには、どんなサブルーチンが必要で何から作ろうか、といった ことを考えていました。そして、以下２つの機能あたりから取り掛かろうかと思いました。
• PCの画面に表示したイメージ内のある場所をクリックしたら、そこがロボットがいる 平面上にあると仮定した場合の、ロボットからの相対座標を返すプログラム
• PCの画面に表示したイメージ内のある場所をクリックしたら、そこがカメラの視野の 中心に来るように頭を動かすプログラム。

  ある場所を視野の中心に持ってくるプログラムのことを考えていて思い出したのですが、 以前試した「動いたものを視野の真ん中に捕らえる」アルゴリズムがあまりうまくいかなかった 理由を、ロボット搭載用のプログラムをPCに移植してじっくり調べてみようかと思いました。 あと、どちらのプログラムにしても、カメラの光学モデルを何かしら用意しなければならないので、 これまた、どの程度のものを持たせるか考えています。

  と、ここまで考えて、毎回ロボットを起動して、テスト用の画像を取得するのが面倒なので、 W6のテストプログラムに、表示中の画像を、自動的にファイル名を変えながら、ハードディスク に残してゆく機能を加えました。これまでは、最後に表示したファイルが1つ残るだけ だったので、多少便利になります。