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一糸乱れないロボット集団のダンス

 France Pavilion Shanghai Expo 2010 におけるアルデバランロボディクス社が開発した20体のNao Robotによる一糸乱れないロボット集団での披露しているダンスパフォーマンスの動画です。このショーを見る限りNao Robotというロボットはかなり関節が多くスムーズに動くようです。



 ヒューマノイドロボット「NAO」は、動かせる関節が25箇所もあって、それぞれの関節を0.1度刻みに制御することができるそうです。押されてもバランスを取る能力もあり、どの国で開発されているロボットも全体的に性能がどんどん上がっているのを見ていくのは楽しいですね。



 この動画を見ていると音声認識と音声合成の機能があり、ロボット同士の会話をしているところを見ると音声認識と音声合成の機能で行っており、ここまでできると面白くて楽しそうですね。RZ-1には簡易音声認識もありますが、まだまだでもっと多様な音声認識と音声合成の機能を搭載したいと考えてます。しかし、開発キットの価格が高く手が出ません。仕方なく、私のRZ-1は応答を音声の代わりにLCD表示にしています。

 いずれにしても、現在のNaoの価格は1万ユーロ(約120万円)で一桁も違うので、大抵の人にとっては手の届かない金額です。そのため、納入先は研究機関や大学に限られ、リリースしてから100体以上のNaoを出荷したそうです。
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    RZ-1のハンドの小型化/軽量化(4)

     RS306MD-DFというサーボが入手できましたので、今まで準備してきたRZ-1のハンドの小型化/軽量化の部品を組立てました。すでに試作しているので、細かい所を修正して今回のハンドの交換による改良を行いました。
    改良ハンド表 改良したハンドの表側で前回から親指に相当する部品を追加して、よりリアルな外観にして手らしくしました。その分、左右対称でなくなったので、物を掴む能力は少し犠牲なりました。実際にものを掴むというのはデモンストレーション以外にあまりないので、外観を優先しました。

    RZ-1手の平 わかりづらいということで手の平の部分の写真を追加しました。サーボは両側から強引にネジ止めしています。

     そのため、緩む危険性があるので手の平の部分にはL型の金具を追加してサーボに固定して動かないように改良しました。

    改良ハンド横
     改良したハンドの指の部分で、寸法的には問題なくドンピシャで装着でき、微調はワッシャやナットを利用してうまくいきました。特に、プラスチックのワッシャは有効でした。

     なお、ホーンの取り付けネジはROBOZAKのものを流用して長い部分を削り落としました。

     サーボの接続部分には目立たないようにカバーを付けました。サーボのネジをそのまま利用して留めています。


    改良ハンド裏
     改良したハンドの裏側です。RS306MDはフリーホーンの軸からケーブルが出てくるので、ケーブルを通す切込みを設けています。

    腕の配線
     古いハンドを取除きながら新しいハンドを同じように配線を引き回して、ケーブルを再度、結束することが出来ました。RS306MD-DFのケーブルは270mmしかなくあまり余裕はありませんが、問題なく引き回して接続できました。

     よく見るとハンド部分だけに赤いケーブルが延びていると血液が通うようにも見えてきました。


     ゼロポイントの再調整を行い、出来上がったRZ-1です。やはり手が小さくなったので外観上のバランスがよくなりました。しかし、HSR-8498と動作方向のコントロールがうまくあわず再調整が必要なようです。でも、軽量化したことで基本的なモーションが快適で軽快な動作になり、倒れることがほとんどなくなり効果絶大でした。RZ-1の重量も持った感じではかなり軽くなった。モーションの変更も手の動作だけなので、すぐに微調の手直しをしなくても全く問題なく動作できる。
    RZ-1改良
     【注意】
     ゼロポイントと動作方向の再調整が必要で、手と首以外のサーボ変更はモーションが微妙に変わる可能性があり、気をつけて置き換える必要がありそうです。
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      ROBO XERO(ロボゼロ)06号

      ROBO XERO(ロボゼロ)06号
       ROBO XERO(ロボゼロ)06号を2冊購入して打ち止めとして、ROBO XERO(ロボゼロ)の組立てを中止します。2個のRS306MD-DFはRZ-1の改造に使用して、両手のハンド用のサーボとします。

      RS306MD-DF
       06号は2回目のサーボモータですが、先行版のブログ情報からRS306MD-DFというのは06号以降しばらく入手できないようなので貴重である。RS306MD-DFはケーブルが公称300mm(実効長:270mm)ですが、今後もケーブルが短い公称150mm(実効長:120mm)のRS306MD-DCサーボが供給されるようなので、サーボだけ購入する場合には注意が必要である。

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        ROBO XERO(ロボゼロ)05号

        ロボゼロ05号
         ROBO XERO(ロボゼロ)の04号は購入せず、1つ飛ばして05号を購入しました。05号にはブラケット類がはじめてついてくるので、RS306MDを利用する上で自作派や改良派にとっても参考となる部品です。

         また、サーボホーン、フリーホーン、サーボホーン用のM2x8mmタッピングネジという重要な部品があるため、単体購入できるようですがショップに問い合わせたところ現在は欠品して在庫がないので、05号を購入しておく必要がありました。
        ロボゼロ04号の部品
        【05号のパーツ】
        ・バックカバー
        ・サーボブラケット
        ・穴付きコの字ブラケット
        ・M1.7x3mmネジ×6
        ・サーボホーン
        ・フリーホーン
        ・サーボホーン用M2x8mmタッピングネジ×1


         ROBO XERO(ロボゼロ)のマイコンボードが載るバックボディノカバーが付きました。しかし、ネジがM1.7と小さく改良する時には、ちょっと不安が残ります。
        ロボゼロの組立
         震災のことを考えると70号まで購入する気分ではなくなりましたので、次の06号を購入して、今後、ROBO XERO(ロボゼロ)の組立は中止とします。当初の予定通り、RZ-1の改良の範囲に留める事にしました。
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          ROBO-XEROとJO-ZEROの違いは?

           ROBO-XEROはJO-ZEROにサーボモーターをハンドなどに追加しただけだと思って気にしていませんでしたが、実際には重要な部分のサーボが追加・変更されているのがわかりました。1つは脚部の膝がダブルサーボになり、もう1つは足首が直交軸に組み直されています。本体のデザインが似ているので気がつきにくいですが、かなりの重要な部分が変わっている。

           マイコミジャーナルのレポートに比較写真があり、違いが良くわかります。
          【レポート】「男のロボット部」に潜入』を参照ください。

           ということは、JO-ZERO用のモーションはそのまま使えないことになります。ROBOZAKの時は、オプションを追加しない標準モデル(50号)まではROBONOVAのモーションがそのまま使えたので助かりましたが、JO-ZEROのモーションを流用する場合には十分に注意して変更する必要がありそうです。

           さらに気になるのは、ROBOZAKの時のように主な部品を製造メーカーから個別に購入できないので、サーボ以外の部品は予備の「週刊 ロボゼロ」を購入しておかないと、後々のメンテナンスができなくなりそうですね。なお、サーボ単体は汎用のRS304MDの部品を購入できるので、壊れてもメンテナンスはできそうである。特に、プラスチックギアはモーション作成時やバトルなどではよく壊れると予想されます。ROBO-XEROは軽量なので大丈夫かもしれませんが。

           私のRobozak(RZ-1)は改造している関係でネジがバカ(ねじ山が壊れる)になってしまい、最近、バックボディフレームを交換しました。ROBO-XEROも小さいネジが多いので、改造やバトルなどを考えている方は注意が必要でしょう。
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            RS306MDの部品購入が可能

             フタバ産業インターネットショップにて、RS306MD関連が「ロボット」(カテゴリー)のオプションとして購入できます。当然、RS30Xシリーズのサーボ本体も購入できます。
            BS3354
            ・サーボホーン(BS3354)          :¥472
            ・フリーホーン(BS0168)          :¥472
            ・サーボホーン固定ネジ(BS0532)      :¥189
            ・ギアセット(BS3395)           :¥472
            ・RS30Xシリーズ用ケースセット(BS3396)   :¥472
            ・RS30Xシリーズ用軸付ボトムケース(BS3397) :¥283


            しかし、M1.7のネジ類は他の用途のための16mmまでしかありません。もしかするとケースセットについているのかもしれませんが、未確認です。なお、M1.7で8mm以上長いものはインターネットで探してもみつかりません。したがって、M1.7の長いネジはロボゼロで入手するしか方法がないので注意が必要です。
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              PG-03相当のジャイロモジュールを試作(7)

               まず、ジャイロセンサーを繋がないでPICマイコン単独での測定データをまとめてみました。まだ、改良の余地があり、アナログ電圧が大きい時にオーバーフローしているのがわかりました。この現象が実際に何が起こりうるか判らないので、センサーを繋いで確認する必要がある。
              単体でのデータ表

              試作品+センサー
               次に、ジャイロセンサーを取り外しが可能なようにコネクターで繋いでテストしてみました。バラツキが大きく、ノイズも多くありそうで、実際にRZ-1に繋いで動作tさせてみましたところ、貧乏ゆすりのような振動が多く、今すぐにPG-03を置き換えられる状態ではなかった。
               データを採る場合には、センサーを抜いて、半固定抵抗を接続すれば可動範囲で動作を見ることが出来るようにしたので便利です。

              ジャイロセンサーのアナログ出力電圧が予想に反してバラツキが大きいことがわかった。そのため、マイコンのプログラムもそれぞれのセンサー出力に合わせて微調をおこない、1つはジャイロ静止時の中点電位でバランスするようにしました。さらに、ジャイロ出力のAD値はそのままの値で使用して、補正値は揺れを抑えるために1/2にしました。センサー回路 この回路はムラタの推奨回路ですが、PG-03のようにパルス幅の変換方式ではそのまま使うことは出来ないようです。MR-C3024のアナログポートにジャイロセンサーのアナログ出力をそのまま入力してジャイロ補正ができるといいのですが、流石にMR-C3024のファームウェアなので期待できそうにない。今回の試作はこれで一応終了として、今後は地道にチューニングしてみます。
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                PG-03相当のジャイロモジュールを試作(6)

                 今までPG-03相当のジャイロモジュールができないか、いろいろ調べながら試作をしてきたました。しかし、汎用性を重視してきたため、試作のPICでは無理なことがわかった。そこで、諦めないのが技術屋根性というべきでしょうか、RZ-1専用のPG-03相当に仕様をスペックダウンさせれば、できるのではと考えて閃きました。
                 即ち、MR-C3024マイコンのジャイロへの入力パルスは一定で1msec(周期16msec)ということなので、PICマイコンでは入力パルスの計測はしないで、同期を取るために入力パルスの立上りを検出するだけにして、出力パルスは設定した遅延時間の後に1msecにジャイロ補正した出力パルスを出すようにプログラムすれば、PIC12F675のマイコンでも処理できそうである。

                 当然、ハードウェアはそのままで修正しません。今まで作成していたプログラムもフローチャートの一部を手直して出来そうである。
                フローチャート改
                 問題は、各パラメータをいくつにするかは実験を行なわないとわからないが、諦めていた野望に希望の光が見えてきました。まず、遅延時間をいくつに設定すれば、MR-C3024は認識してくれるかを調べてみました。    
                マイコン実験
                 1000µsec、900µsec、700µsecでは認識せず、下から200µsecで初めて認識しました。予想的中で遅延時間の設定が必要だったことがわかりました。実測データを採り試行錯誤しながら、結局、450µsecに設定することにしました。仕様もわからず長いトンネルの出口が見えた思いです。

                 まだ、ジャイロ素子は繋いでいません。その代わりPIC12F675のアナログ入力には、VR10KΩを繋いで可変できるようして実験しています。見事に、MR-C3024のアナログポート(ジャイロ接続)に繋いでもRZ-1が凛々しく立ってくれました。PCの画面には、そのマイコンからの出力波形(1msec)をモニターしています。

                RZ-1に搭載実験

                 残る課題は、ジャイロ基板との接続とPIC12F675マイコンの小型化(SOP)で、プリント基板を製作しなければならないのと、厄介な問題がMR-C3024からのGNDにノイズが載っているのでその対策をどのようにするかがあります。マイコンの小型化を考慮しながらジャイロを早く繋ぎたいです。
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                  HSR-8498HBサーボを修理

                   RZ-1をバラバラにして改修したことにより、ジャイロが効かなくなったり、モーションの途中で動作が変になったり、とトラブルが多発しました。どうも痛んでいた配線が断線したことがトラブルの原因で修理することになりました。以前から危なそうな箇所は絶縁テープを巻いていましたが、根本対策が必要な時期に来たようです。

                  (1)ジャイロは2つうち1つでも異常だと両方とも動作しなくなるようで、モーションプログラムでジャイロのパスル幅の値をPEEKコマンドで調べ、LCDに表示しながらジャイロの状態を見てわかりました。結局、ジャイロ出力のケーブルのどこかで断線していました。
                  (2)モーションの途中で動作が変になるので、モーションのどの箇所かまたどのサーボか調べたら、サーボがニュートラルになることがわかり、配線のルーズコンタクト(切れ掛かった断線)が原因でした。

                   そこで、サーボの修理です。すでに動作不良で交換したサーボもあるので、この際、まとめて修理することにしました。半田吸い取りだけは購入して、以前に分解はしているので手順はわかっており、素早く修理できました。

                  左の写真は、HSR-8498HBの基板とモーターとの半田を取り去り、基板を外した状態

                  手順1:基板とモータを半田付けしている3箇所の半田を半田吸い取りで、完全に取り除く。
                  手順2:基板を取り出す。簡単に取り出せない場合は、まだ半田が残っています。
                  手順3:ケーブルの半田付けを半田吸い取りで取り除く。
                  手順4:半田コテを当ててケーブルを抜く。穴が開いていることを確認する。
                  手順5:ケーブルにあるゴムパッキンを取って、新しいケーブルに通す。
                  手順6:ケーブルを被覆を2mm程度剥いて、銅線を出す。
                  手順7:ケーブルをVcc、GND、Signalを間違えないように半田付けする。
                  手順8:配線を元通りに収める基板を元の位置に戻す。
                  手順9:基板とモータの接続箇所の3箇所を半田付けをする。
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                    PG-03相当のジャイロモジュールを試作(5)

                     PG-03相当のジャイロモジュールの試作に取り組んできました。PG-03の仕様もまったくわからず、単純にパルス幅をジャイロ補正すればいいだろうというぐらいの発想で試作をしてみました。
                     しかし、ここに来ていきずまり、もう一度PG-03をいろいろインターネットで調べてみたところ、PG-03では基準パルスを入力した後、PG-03からは基準パルスの入力が終わる前から、ある程度の遅延があってから補正パルスの出力が始まるということがわかりました。MR-C3024ではパルス幅だけでなく、どうもこの遅延も計測している可能性があると推測されます。以下に、判り易くPG-03の出力波形を図にしてみました。

                    PG-03の出力波形 パルス幅が100μsec長くなると遅延が50μsec短くなっているようです。この遅延時間がどうも影響していて、試作ではこのことを考慮しておらず、パルス幅と周期だけを合わせ込んだだけだったので、MR-C3024で認識してもらえなかったかと思います。

                     従って、PIC12F675で試作したものはパルス波形を計測してからその計測値にジャイロの補正をかけているようにしたため、計測途中で出力波形を出すことは出来ないことがわかりました。これで暗中模索でしたが原因がわかりました。結論として簡単なデジタル処理では対処できず、アナログ回路特有の同時処理をしているのでPG-03と同じタイミングで出力波形を出すことが出来ない。今回の試作はこれにて終了とします。 


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                      カレンダ

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