ブログパーツUL5

フロントカバーの再製作

 PS2ワイヤレスコントローラのインターフェイス基板もできたので、VS-C1の受信モジュールをRZ-1本体に搭載しなければなりません。いろいろ検討した結果、重心のバランスから考えてフロント側に格納することにしました。しかし、フロント側にはLCDがあるため、その後ろ側に受信モジュールをいれらるように10mmほどフロントカバーを前側に大きくすることにしました。
 すでに、フロント側にはいろいろなモジュールがあるので、再配置を考える。
・無線受信モジュールをフロントカバー内に格納
・加速度センサーはMR-C3024ボードの裏側の穴に移動
・増設EEPROMと切り替えSWは左側から右側に移動
・赤外線測距モジュールはモールドが欠けるのでカバー内に格納
・音声認識モジュールを移動
・通信の切替えスイッチの流用
など全面的に考えました。最大の難題は音声認識モジュールでした。
フロントカバー切出し
 ここまで確認してからフロントカバーの製作に取り組むが、フロントカバーの製作はモジュールが変更になる毎にやっているので今度で4回目になる。まだ課題があり、インターフェイス回路基板と受信音声認識モジュールのどちらをフロントに取りつけるか配置がきまらない。

基板を配置 結局、音声認識モジュールはバックカバーに格納しましたが、その格納方法も悩みましたが、無事解決して通信の切替えスイッチも流用して、音声認識と無線コントロールとを切り替えられるようにしました。

 そこで、赤外距測モジュールはフロントカバー内に入れて、出っ張りを無くしてクッション材も取り去り、マイクも隠して、フロントはすっきりさせました。

 いろいろなトラブルも発生して、補修しながらやっと今回の改造が完了しました。テストプログラムで無線コントローラが正常に動作するかテストしてほっとしたところです。それにしても、最近の車ようにRZ-1の内部が配線だらけになっています。受信モジュールを横に配置しており、そのモジュールのペアリング確認LEDとリセットボタンがそのまま見えているので、ペアリングの確認と操作ができます。
今回の改造完成
 今後は、無線コントローラ用のモーションプログラムを作成していきます。
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    RZ-1の肩の軽量化は断念(回転角を変更)

     脚の直交化に伴うモーションの見直しをしておりましたが、今までのモーションを整理をしながら全モーションの見直しがやっと完了しました。
     次のテーマである肩のサーボを交換して軽量化を検討していましたが、こちらはRS306MDのギア欠けとトルク不足という問題があり、置換えによる軽量化は断念しました。
    U字型ブラケット再設定
     そこで、肩のサーボは今まで前後に±90°の回転角でしたが、サーボはそのままで回転角をシフトして−45°〜135°になるようにU字型ブラケットを設定しなおしました。
     但し、この変更を行なうとモーションプログラムの互換性が全くなくなります。また、ゼロポイントの調整がやりにくくなります。


        前側の回転角の最大角135°         後側の回転角の最大角45°
    前の回転角後の回転角
     これでまた全モーションを見直ししなければなりませんが、MOVEの値を45を引けばいいのでRS306MDの置換えて回転角を変更した場合よりも変更は簡単である。
     問題点が2つ発生しました。1つはゼロポイント調整で肩のサーボだけやりにくくなる。もう1つは後転と仰向けの起上がりなどの後ろ側のモーションの大幅見直しが必要となる。
    (1)ゼロポイント調整では立ちポーズでの誤差を見ながら、数値を修正することとで対処できる。
    (2)後転と仰向けの起上がりのモーションでは、腕を外側に向ければ真後ろにできるので、脚のMOVEは余り変更せずに肩と腕のMOVEを見直して実現できる。
    以上の対策で、基本モーションのプログラムは修正できました。

     回転角の設定で何が出来るようになったかは、これからモーションを考えます。例として、ナチス式敬礼ができるようになりますが、それだけではあまり意味はありません。
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      RZ-1の肩の軽量化

      試作ボディーにRS306MDを取り付ける RS306MD対応のU字型ブラケットを製作して、RZ-1の肩の部分を置き換えることを検討しています。試作したボディーフレームにRS306MDを取り付け、予備のマイコンボードも取り付けてテスト動作をさせて状況を見ています。サーボを置き換える前に動作方向をプログラムで指定するかRS306MDの設定で変えるかを決めて、設定後にゼロポイント調整で微妙なズレを合せ込みします。
       roboBASICのMOVEで10〜190でサーボを動作させますが、RS306MDは回転角範囲が±144°と広くなるので、従来は±90°ですからどうしてもモーションの修正は必須となる。モーション用のシミュレータ(?)を製作して実際に動作させながら検討しています。
      実際に回転角の確認 写真の左側が今までの角度で、右側はRS306MDに置き換えるとここまで上りる。今までのモーションではモータ6と12の回転だけでは、腕が真前か真後までしか行かず真上にはいきませんでした。しかし、置換えただけで斜め前まで上がるようになります。後側もムダにいくことが出来てしまいので、そのモーションとしては気持ち悪いものになります。さらに、プログラムの互換性はすでにあきらめているのだから、サーボホーンを45°前にずらしてセッティングすることも検討としてみる。

       RS306MDのサーボホーンを45°ずらすと、roboBASICのMOVEの範囲で下記のような回転角になる。
      190 →  190°(真上)
      127 →   90°(前の中間) 
       70 →    0°(真下)
       10 → − 95°(後の中間)
       この設定で検討すると、旧サーボのMOVE値による回転角を実現するために、RS306MDでのMOVE値の換算表を作成しないと全てのモーションプログラムを変更するのが大変そうである。
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        RZ-1の腕の軽量化(2)

         RZ-1の脚の直交化をしていてRS306MDのトルク不足で利用しなかった2個をどのように活用するか、再び軽量化の検討を始めました。RZ-1の上半身はすでに半分以上をRS306MDに置き変えており、上腕と肩のサーボのどちらかとなりますが、肩はすでに試作も済んでいるので、上腕をどのようにするかを検討してすることになります。
        試作部品
         従来のサーボを単純に置き換える場合の部品をいろいろ試作してみました(写真はその一部)。しかし、製作の折り曲げ精度が難しく、致命的なのは腕の長さが短くなり、RZ-1の体型バランスが悪くなり、従来のモーションを大幅に見直す必要がある。

        自由度+
         ロボゼポと同じように上腕の自由度を1つ増やす案も検討したが、自由度を増すとサーボが肩にぶつかり、RZ-1のように真上に腕を上げることが出来ない(ロボゼロも同様)。自由度を増しても動作範囲を制限されては意味がない。この場合も従来のモーションを大幅に見直す必要がある。
         サーボの向きを変えた組合せでは連結部品の強度が持たないことがわかりました。→ボツ

         従って、RZ-1全体の体型バランスから腕は現状のままにして、サーボを交換するのは、検討済みの肩部分のサーボにすることに決めた。しかし、すでに2回もRZ-1をバラバラに分解して組み立てており、さすがに今すぐにはやりたくない。それよりも脚の直交化によるモーションの修正を行なう必要があるので、暫くはそちらを優先して進めることにした。RZ-1に内蔵している3つのメモリICにはそれぞれ大きなプログラムが入っているので、その修正をしており、すでに2つは修正できたので残り1つというところです。

         RZ-1改造のための金属加工はこれで一応終了することにします。まあ、余り物で何か作るかもしれませんが。 
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          RZ-1用の直交軸の試作(5)

           ロール軸(RZ-1の横方向)のサーボを当初計画にRS306MDからHSR-8498HBに戻し、ヨー軸(RZ-1の回転方向)はRS-306MDを追加して、直交軸を実現させることにしました。再度、RZ-1を分解してバックボディーパネルから交換して、組上げることになりました。背側のサーボの補強はサーボが衝撃に対して外観は頑丈なので少しでも軽量にすることで省略しました。なお、取り付けたHSR-8489HBは流用なので、フラットなバックケースがなくそのままです。RZ-1の外観上はお尻が大きくなりましたがバックカバーで倒れても直接ぶつかることはありません。なお、サーボの接続はロール軸のサーボを従来と同じモーター4とモーター22に、ヨー側のサーボをモーター5とモーター23にしました。ヨー軸にRS306MDを採用したので、胴体内の空間に確保されており従来どおりのバッテリーがそのまま使用できます。

           今回は部品加工を丁寧にして上出来だと思っていましたが、組み立てて写真に撮るとやはり精度は今一なのがわかります。出来上がってゼロポイント調整している時は意外と精度よく出来たと思っていましたが、写真はありのままが写るので怖い。

                出来立ての改造RZ-1の胸側            出来たての改造RZ-1の背側
          改造RZ-1の胸側改造RZ-1の背側

           改造したRZ-1の横側改造RZ-1の横側

           今回の改造ではロール軸のサーボを従来と同じHSR-8498HBにして、ヨー軸(RZ-1の回転方向)を新しいRS306MDを追加した形にしました。また、脚の長さが殆ど変っていないので、モーションが作成しやすくなる効果があります。
           腕にRS306MDを追加してハンドにしたのと同じように、脚に回転軸が新たに加わりましたが、基本動作にちょっと足を広げるという程度にすれば、基本的なモーショーンは従来どおり利用できることができます。従って、追加したサーボは固定して従来のモーションをそのまま動作させることができるので、思ったより簡単に修正することができます。今後のモーション作成も同じようなやり方で作成するつもりです。
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            RZ-1用の直交軸の試作(4)

             いよいよ本体に組み込んでみることにしました。
            RZ-1バラバラ
             この改造は大改造というかRZ-1をバラバラに分解することから始めなければなりません。元に戻せるかちょっと不安です。

             深呼吸してから着手。

            RZ-1の後側
             直交化したサーボがわかりやすくす、組上げたRZ-1の後姿の写真です。

             必死に組上げてなんとか元通りに戻れたかも。でも...


             新しいサーボの設定とセロポイントの再設定を行い、電源をONにした立ち姿からなんとか形に戻りました。モーションは修正中で未完成です。モーションの中に、モーター5とモーター23のデータが入っていたものがあり、いきなり想定外の動作をして脚が絡んであせる(汗)。
             今回の分解と組立の作業の間に、音声認識モジュールとのケーブルがコネクタの根元で断線するというトラブルも発生しました。とりあえず半田付けも考えましたが、手持ちのコネクタピンで補修してなんとか動作を確認しました。この時にも接続ミスして音声認識モジュールを壊したかと思いましたが、大丈夫でした。

            外観上はあまり変えないで直交化ができたかも
            組上げたRZ-1

             しかし、軽量化と直交化を組み込みましたが、大きな問題が発生しました。

            問題点
            〆までRZ-の1脇の下に装着していた増設のメモリICとディップSWが直交化のサーボとぶつかる。
            背側に取り付けたロール軸のRS306MDのトルクが不足しており、脚を広げることは出来ますが、脚を閉じることが出来ません。

            対策案
            〜設メモリICとディップSW
            メモリICとSWを装着
             いろいろ検討しましたが恒久的な対策をとることにして、メモリICとディップSWの設置場所を探す。

             メモリICは本体に格納してボディーカバーを外せば交換できるようにして、メモリIC切替のディップSWは肩に分けて取付けることにした。

             ⇒なんとか解決

            ▲機璽椶離肇襯不足
            RS306MDのトルク不足は動作電圧が7.4Vでなく、RZ-1のバッテリーの6Vで動作させているのも大きな原因です。ロボゼロでは問題ないトルクなのでしょうが、ROBOZAKUの重量とバッテリ電圧ではトルク不足になります。

            ・何もせずバッテリを7.4Vまで上げる方法もあるが、バッテリーサイズの問題とHSR-8498HBの7.4V対応の未確認であり、リスクが大きい。メリットは本体の加工がない。デメリットは動作時間が短くなる。
            ・同じシリーズのRS303MRでトルクが大きいものに交換する方法もありますが、実際にテストしてみないとわからない。しかも高価なので簡単に導入できない。メリットは本体の加工がない。デメリットはトルク解消できるか未確認で不明。
            ・背側に取り付けたロール軸のサーボだけ古いHSR-8498HBに戻す。手持ちですぐにできるが、バックパネルの加工と部品を作り直さないといけない。メリットは手持ちサーボででき、モーションはほとんど変更しなくてよい。デメリットは重心が後ろ側に移動。

            以上のことから、今すぐできることからやることにした。トルクの大きなサーボが入手できた時にも対応できるようにしておく。従って、一度組上げたRZ-1ですが、再度、分解して新旧混合サーボで直交化を組上げることにした。
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              RZ-1用の直交軸の試作(3)

               脚の直交化を検討するためにRZ-1用のフロントボディーフレームを製作して、バックボディーフレームは古いものを流用して検討していました。そろそろ活況に入ってきたので、バックボディーフレームも必要となり製作することにしました。軽量化ための中抜き加工と折り曲げ加工が大変でした、なんとか製作することができました。問題は精度と、耐久性です。そのため、腰の部分のサーボには衝撃にも強くするため、簡単な補強板を付けました。
              フロントボディーバックボディー
                     フロントボディー                バックボディー

               下の写真は新しく完成した自作ボディーです。なお、後ろ側に取り付けたサーボには転倒衝撃等に耐えるように余りの材料で補強部品を追加しました。
              新しいボディー
               入手したRS306MDをテストボードに繋いでTTLコマンドにて初期設定を変更してからボディーフレームに取り付けます。
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                RZ-1用の直交軸の試作(2)

                 RZ-1用の直交軸の試作(1)」ではHSR-8498HBからRS306MDに置き換えることを前提にRS306MD用の部品を製作していました。モーションを作成する上でRS306MDではうまく行かないことも考えれるので、HSR-8498HBを使った直交軸も試作しておくことにしました。
                 基本的な設計思想は同じで、フロントボディーフレームもバックボディーフレームも取り付けの穴を2ヶ所程度増やせばできます。ただし、HSR-8498HBとRS306MDを兼用にするとネジ穴が大きくなり、どうしてもガタが生じてしまうので、できれば分けた方が良いでしょう。

                直交軸の試作2
                 HSR-8498HB用の直交軸

                HSR-8498HB用にU型ブラケットを試作して仮に組んでみました。基本的にはRS306MDのU型ブラケットと同じですが、でもサーボの取付け穴は当然違いますし、サーボホーンの厚さの違いから若干寸法が違います。

                直交軸の組立2(前)
                 HSR-8498HB用の直交軸の組立てた前側です。

                フロントボディーフレームは何も修正はありません。まあ、元々HSR-8498HB用のフリーホーンが取り付けてありますからそのままということです。

                直交軸の組立2(後)
                 HSR-8498HB用の直交軸の組立てた後側です。

                 バックボディーフレームにHSR-8498HBの取付けの穴を2ヶ所設けるだけです。

                 可動範囲はHSR-8498HBが大きい分だけ後側に取付けるサーボにぶつかるので、RS306MDの±45度よりさらに狭くなって±30度ぐらいしか取れません。それでも自由度が増えます。

                 さらに、胴体の中に入るサーボをRS306MDにして、2つのサーボをハイブリッドにすることも考えられます。というのも後側のサーボがHSR-8498HBであれば、従来のモーションはそのまま使えることになる(重心が移動した修正は必要)。そして脚を回転したい時に追加のサーボを動作させるので、モーションの作成が簡単でやりやすいことがわかる。それにしてもHSR-8498HBを使うと重いというのが実感である。

                 HSR-8498HBは予備のものがあるのですが、サーボのフラットなボトムケースが全くないのでどうするかが問題です。当初に思いついたのは、交換して余ったHSR-8498HBをどうするか考えて、RZ-1のモーション作成用にシミュレータを作って見るのも面白いかなというのが始まりでした。なので、蓋無しでもいいかもと思いつつ、でも途中でRZ-2に化けてしまうかも...
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                  純正(金色)と自作(銀色)の混成ボディ

                   RZ-1の脚を直交軸化するために、ボディも試作してみました。バックボディフレームは古い純正品(ROBOZAK/ROBONOVA)を一部RS306用に削り加工を少した程度で、フロントボディフレームを今回試作しました。純正品のフロントボディフレームは中央が凸状に出ており、首のサーボを格納できたのですが、サーボを小型化した現在は無駄に邪魔なだけなのです。そのため、フロントボディーフレームを試作してみることにしましたが、上側の折り曲げがうまくいくかどうかが大きなカギです。

                   試作したボディーでサイズ的には純正のROBOZAKと全く同じですが、サーボがRS306MD対応の脚が直交軸化に対応しています。
                  フロントボディフレーム
                  試作したボディー前側
                   試作したフロントボディーを組立てたボディーの前側

                   写真では、試しにU型ブラケットを左右入れ替えて装着してみています。サーボが付いていないと、全く外見上は変りません。
                   横から見ると
                   |  | <- ボディ
                    L__」 <−脚(U型ブラケット)

                   そのため、今ま折り曲げには傷が付かないように木片を使っていましたが、流石にこの長さを曲げるには木片では厳しく金属片を利用することにしました。全て穴開け加工をしてから折り曲げますが、失敗したら加工できないので諦めるつもりでチャレンジしました。10cm幅で6mmという微妙な長さを折り曲げるのはかなり苦労しました。汗をかいて全体重を架けてようやく曲げることが出来ました。今日はこれだけで大満足です。そのため、まだ軽量化の窓開けやバッテリーの格納位置や固定方法などは未検討です。
                  試作したボディー後側
                   試作したフロントボディーを組立てたボディーの後側

                  フロントボディの後ろ側にフリーホーン用の軸のために、HSR-8498HBのバックケースだけ取り付けています。これで脚の可動精度を出しています。また、荷重分散させて、RS306MDへの負荷も軽減しています。

                   組み立ててRZ-1の胴体が2つになったので、今までアルミ板だったフレームがRZ-1の分身が出来たようでなにか変です。これからはRZ-2の誕生(?)ですかね。強度も考慮しながら慎重に製作したので、適度なばらつきとともに意外とガチッリしており、これなら意外と使えそうである。

                   サーボが付かないと従来のRZ-1と何が違うのかわかりませんね。まあ、そこが狙いで基本形をあまり崩さず改造しているのですが、すでに上半身すべてサーボを交換できるように改造の検討を進めています。モーションの作成の関係で機械的な改造の検討はここまでとしたい。後は、どのように使いこなしていくかだと思います。機械的な改造が終われば、適当な時期に、電気的な改造にチャレンジしてみたいと思います。
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                    RZ-1用の直交軸の試作(1)

                     RS306MDを使ってRZ-1(ROBOZAK/ROBONOVA)の腰(または脚)に擬似的な直交軸にする試作をしてみました。ROBOZAKではオプションで脚のサーボを増やしてなんとか実現していましたが、グリッパーも含めて不細工な格好になり、とてもそのままでは組む気にはなりませんでした。さらに、不恰好なROBOZAKはバランスもかなり悪く、まともに動くモーションも少なくなりました。
                     RS306MDが出てきて、やっと外観上、不細工な体型にならずしかもロボットの重量も増えない方法がないか検討してきました。
                    試作したU型サーボブラケット
                     今回、試作したROBOZAKでいうところのU型サーボブラケットを2種類製作しました。これを直交させてRS306MDを2個装着して擬似的に直交軸にします。これを製作している時に、切り落とす場所を間違えたり、ヤスリ掛けをする場所を間違えたり、両サイドの折り曲げをどのようにするか悩んだり、苦労しながら何とかここまでたどり着きました。

                    直交軸組立1
                     試作ではサーボはそのままU型サーボブラケットに装着して、このサーボで脚の方向を変えます。M1.7のネジ2本ですが、意外と強度があり4箇所留めなくてもこのままでも良さそうです。

                    直交軸組立2
                     さらに、従来の脚のサーボに相当する部分をU型サーボブラケットの外側に配置させる。このようにすることで擬似的な直交軸ができます。
                     
                     この直交軸でHSR-8498HB1個分の重さと同じなのがいい。従って、重量が増えず見栄えがよくて脚の自由度が一つ増えたことになる。

                    横軸用サーボ取り付け
                     古いバックボディフレームに取り付けて、検討してみます。上側のU型サーボブラケットはボディーフレームの片側から取り付ける形状になります。

                    取り付けA案 取り付けA案
                     ボディーからサーボをはみ出すように装着するする方法。U型サーボブラケットの間に樹脂ワッシャを入れることを考えていましたが、がっちりしていてワッシャがなくても良さそうで、試行はこのままとします。

                     ちょうどウエストが残って、腰が新たにできるようなものかな。

                    取り付けB案
                     取り付けB案
                     ボディーの中にサーボが隠れるように配置する方法。意外と納まるもので、取り付け位置を左右入れ替えるだけでどちらにでもなるのがいいでしょう。内側への回転角に制限が生じる。しかし、大きな問題が。

                    バッテリーが問題
                     B案ではバッテリーを入れるスペースが厳しい寸法で、ボディーフレームを作り直して5mm程の伸ばせば問題もなくなるのですが。。。。それよりも小さくて軽いバッテリーをみつければ解決できる。

                     さらに、下側のU型サーボブラケットが背中側のサーボにぶつかるという問題があります。当初からわかっていましたが、可動できる範囲が±45度に制限されます。但し、脚が真横にくれば、この制限はなくなります。下の写真はRZ-1の下側から見たもので、背中側のサーボがぶつかるのがわかるでしょう。でも、脚ですからあまり曲がるのもおかしく、可動角度が±45度で十分で真横向く足もなんとなく気持ちが悪いように思います。

                    可動範囲±45度可動範囲±45度
                    製作した直行軸を下側から見ると、サーボの動く範囲がわかる

                     バッテリーのカバーも部分的なカットをしないと、うまく動作できないようである。さらに、バックボディーカバーも少し削らないと背中側のサーボにぶつかりそうである。最大の問題は、モーションの互換性がなくなり、モーションの作成がかなり難しくなります。
                     意外としっかりした構造でガタもないので、もう少し追い込んでみるつもりです。予定しているサーボはRS306MD-DCの短いケーブルで十分でしょう(ロボゼロ12号が狙い?)。
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                      カレンダ

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