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RZ-1の腕の軽量化(1)

 重心移動に影響の大きい腕の部分のサーボを置き換えることにした。サーボをHSR-8498HBからRS306MDに入れ替えると重量が1/2に軽量化できる。さらに、それだけでなく高速化も出来そうなので、パンチにスピードがでてくるのではないかと予想しています。
サーボを交換したRZ-1 
軽量化とともに、サーボが小さくなっり結合部品も極力小さくしたので、RZ-1の腕の長さも10mm程短くなりました。そのため、写真でもわかるように、今までのRZ-1では電源を入れないで腕を水平にしても45度まで落ちてしまう(写真で比較している右側の腕)が、サーボを交換した方は水平を維持したまま(写真で比較している左側の腕)であり、かなり軽くなったことがわかる。

 持ってみるとかなり軽くなったことが実感でき、腕を振ることによる重心移動がさらに小さくなった。上腕と肩のサーボは様子を見てから交換するか否か決める予定で、RZ-1の上半身で検討が残っているのは腰の部分だけになりました。

正面から見る立ち姿は変り映えしないな。
ダイエットしたRZ-1

 サーボ交換するとroboBASICがHSR-8498HB用であるため、サーボのセンター値や可動角範囲が違うので、手や首のように単独で動作する場合にはあまり問題にならないが、他のサーボとの微妙なタイミングが必要になってくるとroboBASICでモーションの変更が難しくなってきました。
 RS30XシリーズがHSR-8498HBと互換性をもっていれば簡単なのですが、初心者は別会社のサーボを混在させることに手を出さない方がいいでしょう。

【注意事項】
 RS306MDはHSR-8498HBと動作方向が逆なので、モーションプログラムの初期設定を変更しなければならない。

<初期設定の箇所を変更>
'== motor diretion setting ======================
DIR G6A,1,0,0,1,0,0
DIR G6B,1,1,0,0,0,0
DIR G6C,0,0,1,1,0,0
DIR G6D,0,1,1,0,1,0
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    RZ-1のさらなる改造の検討

     発注してあるRS306MD用の部品が入荷したようでがまだ手元に届かないので、さらにRZ-1の改造案を検討してみました。サーボを交換してRZ-1の重量が軽くなる分だけ、RZ-1を改造できる余裕ができるからです。ネジ山が壊れて交換した古いバックボディーカバーを使って、試作しながら検討しています。
    RZ-1改造の肩
     2mmネジはうまく組み立てることが出来ましたが、曲げの精度を上げるのが難しいですね。

     肩のサーボを交換すると、RZ-1の胴体のにかなりの空間が生れることがわかる。今まで背中に背負っていた無線受信モジュールも容易に胴体内に格納できるそうである。

     今までは、首と手だったので、拡張していない方でも16関節の基本形では互換性を持たせていた。できる限りモーションの互換性を維持しながら、改造することを基本方針としているのでかなり難しい改造となりそう。
    擬似的な直行軸検討
     すでに、手と首にサーボ追加しているので、足に10サーボ、腕と手に8サーボ、首に1サーボの19サーボとなっている。サーボ5とサーボ21を追加可能なので、擬似的な直行軸ができるか検討してみることにした。

     ガタが余り生じない直交軸の構造が実現できるかいろいろ考えてみています。アイデアを考えるこの時間が楽しいですね。
     さらに、ゼロポイントをずらしたり、稼動範囲を広げたりして、互換性を失ってでもモーションの自由度を増す対策も考えることにする。
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      RZ-1改造部品の試行

      RS306MDの背中合せで連結する部品
       ロボゼロとは全く関係なく、最小部品でRS306MD同士を背中合せで連結してみました。まず、連結部品をサーボの形状に合わせして部品の形状を修正してから。長いネジを使わず両側からM1.7のネジで固定しました。これはRZ-1の軽量化の検討のために試行してみました。
      サーボ連結の表側
       サーボ連結の表側で、こちらの部品の穴はΦ1.8です。

      サーボ連結の裏側
       サーボ連結の裏側で、こちらの部品の穴はM1.7です。


      RS306MDをRZ-1の肩に取り付ける部品
      肩部分
       ロボゼロではなくRZ-1の肩にRS306MDを取り付ける部品を試行してみました。まず、サーボが正しい位置にくるように微調してきっちり入るようにした。固定するネジの穴はφ1.8にした。M1.7の長いネジは使わずRS306MDにあるM1.7のネジでしっかりと固定できることを確認できた。

       しかし、実際に交換するかはモーションを変更しなければならないことになりそうなのでまだ未定です。どうもRS306MDとHSR-8498HBとで動作範囲(角度)が違うので、動作パルス幅の違いがあるようでセンターから動作角が対照的でないようです。HSR-8498HBとRS306MDとは動作パルス幅の範囲が違うようでこの影響がモーションに微妙な差になって現れるようです。
       今後、サーボホーンやフリーホーンなどが入手できれば、RZ-1に組み込んでみてモーションの動きをチェックしたいと思います。
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        RZ-1の重心移動は改善

        重心移動
         軽量化したハンドを装着したRZ-1の重心移動の具合を調べてみました。そこで、腕を前後に振って重心がどれだけ振れるのか見てみました。以前に同じことをした時の「モーション作成上での留意」よりは少し改善はされたようです。しかし、これだけの改造でも作成済みの全てのモーションプログラムを重心移動の微調をするために修正することになりました。しかし、微調作業は以前に比べて随分と楽になったのがうれしい。
        製作した部品
         さらに、ハンドだけでなく肩や腕のサーボもRS306MDに交換する場合の部品を左の写真のように試作してみました。U型の部品だけはROBOXEROの部品があるので流用することを想定しています。RS306MDにはHSR-8498HB用のサーボホーンは合わないので、RS306MD専用のサーボホーンにしておいた方がよいためです。


         やはり、サーボを次に交換するとすれば、重心移動に影響の大きい腕部分が有力な候補となる。
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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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            RZ-1の首用サーボを交換+α

             RS306MDのサーボを入手しましたので、RZ-1の大改修を行いました。RZ-1の首を左右に振るためのサーボはHSR-8498HBを使っていたため重かったので、軽いRS306MDに交換します。序に、RZ-1のバック・ボディフレームで一部ネジ山が壊れたので、すでに購入してあった予備部品と交換します。首用のサーボが小さくなったため、フロント・ボディフレームも凸型のフレームである必要がなく、バック・ボディフレームに交換した方がスペースができるのですが今回は行いませんでした。そのうち、ボディフレームの自作するかもしれない?

             バック・ボディフレームを交換するだけでも、RZ-1はバラバラに解体されて、マイコンボードまで外して、映画に出てくるロボットが壊された状態と思えるような惨状になってしまった(余りの酷さに写真を消去)。ケーブルを通すスペースも空いたことから、前面側から配線は全て胴体の中を通過させてすっきりさせました。

             トップ・フレームを加工してRS306MDを搭載
            トップ・フレーム加工 やっとここから本題で、サーボ交換するには取り付け穴の変更をしなければならないが、写真のようにできる限り少ない加工で済ませた。サーボの位置は後ろ側の穴に合わせて、前側に新たに穴を開けた。

             但し、RS306MDのネジが短くフレーム2枚を一緒に留められないので、1枚目にサーボを固定して、トップ・ボディフレームにはそのネジを隠すようにに小さめ穴でさらう程度にしました。そのため、トップ・ボディフレームにはネジの頭が見えず隠れており、すっきりしました。その代わり見えないところに、バック・ボディフレームを固定するネジを新たに設けて、強度の劣化を防止しました。

            RZ-1の首改良 サーボの位置を後ろ側にずらしたので、軸が出る穴を少し拡張させました。以前より頭部が少し後ろ側に移動したので、バランスも良い方に改善したのではないかと思います。RZ-1の首の辺りが少し涼しそうである。

             ロボットの首はやはり短い方がいいようです。


             RS306MDはPWM方式を自動認識して動作するため、首部のサーボの交換ではモーションの変更はまったく必要がなく、今までモーションがそのまま使用できました。RZ-1の首を動作させると今までよりも軽く小さい動作音なので、なかなかいい感じで大満足である。

            【追記】
             ROBOZAKのHSR-8498HB用のサーボホーンを流用しましたが、サーボ軸のサイズがRS306MDとは微妙に違いますので、強引にネジ止めするか摺り合わせ加工をしなければならないので、自己責任で実施してください。
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              RZ-1のハンドの小型化/軽量化(3)

              HB ロボゼロ03号でRS306MD-DCというサーボが入手できたので、早速、RZ-1の改良しているハンドに試しに装着してみました。

               ハンドの小型化/軽量化で一番軽量な装着例(A)
              RZ-1ハンド改A
               従来のハンドを外して従来のサーボHSR8498HBと今回のRS306MDとは背中合わせで、最小クランク形状の部品で接続します。かなり頑丈で軽量なサーボなのでこれでも十分です。写真は、仮に実装してみた所です。サーボホーンとフリーホーンを装着して、製作してハンドの寸法は問題なく整合できました。RS306MDでホーンに付けるネジがないので狩のネジ止めにしてあります。

              重さの比較
              ・従来のハンド:92g
              ・今回のハンド:48g
               片手で44gも軽くなり、両手で88gで首も交換すれば、RZ-1の上半身で100g以上も軽量化(ダイエット)できて、動作でフラツキを小さく出来て、モーション作成が楽になります。


               改造したハンド部分の表側と裏側です。
              RZ-1ハンド改A表RZ-1ハンド改A裏
               裏側はRS306MD特有の処理が必要で、フリーホーンと同じよう切込みを入れました。また、接続部品もサーボの形状に合わせて追加の加工をしました。

               ハンドの小型化/軽量化で一部カバーを装着例(B)
              RZ-1ハンド改B 上記の搭載例(A)にクランク形状の部分を隠す飾り部品ををつけてみました。要らなくなったカニ型グリッパーを切断して製作した部品なので、色合いに統一感があります。

               サーボ違いが目立たなくなり、軽量化で最小限の部品ということでこのようにしました。

               ハンドを閉じた状態(グー:ちょっと指が伸びた感じ)と開いた状態(パー:蛇が口を開けたような感じ)で、チョキができない。
              RZ-1ハンド改BRZ-1ハンド改B

               さらに、肩から手まで全てRS306MDにすればもっと軽くなると思いますが、投資額が大きくなります。また、腕にサーボを一軸増やすともっと面白いかもしれません。

               左右のハンドで新旧のハンドの比較です。但し、改造中のため電源を入れていません。なお、今回のRS306MD-DCというのはケーブルの長さが12cmしかなく、まだハンドには使えません。そのため、首のサーボ交換に使いますが、これが大変で、RZ-1がバラバラになります。
              新旧比較

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                RZ-1のハンドの小型化/軽量化(2)

                 RZ-1のハンドの小型化/軽量化を進めていますが、今月からロボゼロが発売されて部品が入手できるようになりました。
                ホーンサイズ 右にあるように双葉電子工業(蝓砲離曄璽爛據璽犬らRS-304MDの取り扱い説明書を入手して、サーボホーンとフリーホーンのサイズはわかるのですが、やはり現物合わせしたいので入手できるまで待っていました。

                 どうしてもサイズが小さいので、少しでもずれると作り直しになってしまいますから、慎重に穴あけ加工を追加しました
                ロボットハンド ホーンに取付けるタッピングネジのサイズがまだわからないのですが、取り付ける穴はホーンよりも0.1mm大きくして、1.8mmΦにして開けました。中心部の穴は殆ど現物あわせで拡げました。フリーホーン側の配線を通す切り込みはまだ決めていません。

                 サーボを入手してから最小限の切り込みにするつもりです。今度のサーボはフリーホーン側は抜け防止のネジがないので、サーボ側とフリー側で穴のサイズを変えてあります。

                 このハンドは、サーボの取り付け方が違いますが、少し加工すればロボゼロにも搭載できると思います。それにしてもロボゼロのネジはM1.7mmと小さく、ホーンも小さくかつ3本のネジでしか固定しないので耐久性は大丈夫なのだろうか。ROBOZAKのように4本締めていても緩んだり、ネジが抜けたりすることがあった。ロボゼロはやたらとネジが多いので、ネジロックを塗っておく方が耐久性が上るだろう(ロボザックでも実施)。
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                  RZ-1のハンドの小型化/軽量化(1)

                  RZ-1ハンド RZ-1のハンドの小型化および軽量化の検討をしました。週刊ROBOXEROについてくるサーボが小型で動作電源が同じなので、PWM方式がうまく動作すればRZ-1に搭載できる。

                   左の写真はまだ未完成ですが、試作したハンドが現在のハンドよりもかなり小さくなったことが判ると思います。

                  ・重さ:17g+22g(サーボ分)
                  (参考:オリジナル25g、HSR-8498=55g)

                   試作したハンドの片手分の部品
                  RZ-1ハンド
                  ・切り出したアルミ板×2枚
                  ・切り出したアクリル板×4本
                   (人差し指と小指を短く、中指と薬指は長く)
                  ・ステンレス製3mmΦ長さ35mm×2本
                   (ワッシャ2個、ナット2個)
                  ・プラスチック製ワッシャ4個または8個
                   (寸法調整用)
                  ・3.25mmφ長さ5mmのスペーサ×6個(指の間に挿入)


                  RZ-1ハンド これで早くも週刊ロボゼロのROBOXZERO用のハンドが出来ました。オリジナルよりもシンプルな構造なので早く出来てしまった。

                   しかし、まだサーボモータを入手していないので、現在のRZ-1に接続するための部品(左の写真の上段)を検討用に製作してみました。試作した結果、寸法がアルミ板の厚み分足りなかったので、正式にはもう一度作り直す必要があります。

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                    海外でもRobozakのハンド検討?

                     Robozakはイタリアでも発売されていたようで、偶然、見つけたサイトに私のブログに掲載した写真がありました。どうもイタリア語の「RoboZak - Forum」で、私のRZ-1のハンドをベースに議論されていたようです。日付は2009年なので2年前ですが、イタリア語のため何を議論しているのかわかりません。しかし、CADツールやNC機器まで出てきて本格的に試作しようとしていますね。

                     でも、海外でインターネットを使って参考にしてもらったのはうれしい限りです(写真の著作権については無断コピーなのでいただけませんが)。
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                      カレンダ

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