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アクチュエータを簡単に造る技術が開発される。

 Tech-ONというところに新しいアクチュエータの開発記事が載っていました。

『記事からの抜粋』
 形状記憶合金薄膜アクチュエータを従来よりも簡単に造る方法を開発したという発表がありました。新開発の方法では,300℃程度に加熱した基板にTi-Ni-Cu(チタン-ニッケル-銅)3元系合金薄膜をスパッタ蒸着して可逆的なアクチュエータを造る。製造方法が簡単なため,用途の拡大と製造コストの削減を期待できる。
 形成した薄膜は,室温以上の変態温度を示すだけでなく,膜自体が2方向性の形状記憶特性を持つ。このため,ポリミド樹脂に成膜したものは,フレキシブルな基板として利用可能。アルミニウムなどの金属箔に成膜すれば,簡単に加工して形状を変えられる。紹介記事では、ポリミドフィルム/形状記憶合金薄膜アクチュエータをトンボのおもちゃに搭載した。羽を動かすのにアクチュエータを利用する。
ーーここまで抜粋ーー

 このような部品が秋葉原で入手できると、ロボットの手を作るのが、誰でも簡単にできるのでにと思います。いつになることやら。電気で繋ぐだけで動作しますので、マイコンからコントロールでき、5本指の手も夢ではないですから楽しみです。
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    試作プログラムの動作検証(1)

     今週の土日はお天気が悪いので外出しないで、仕様も固まり試作プログラムを作成してみました。首部を取り付けたホイルが少しずれているのと、サーボモータのオフセットを加味して少し補正して、初期化が済んだ後は正面に向くようにしました。この状態で待機しています。

     向って左側から声をかけるとこちらに向きます。向きがわかるように青LEDを点灯して首が廻ります。現状の音声は「アッタリー」のままですが、ここでの音声は「何か御用ですか?」とする予定です。

     逆に、右側から声をかけると向こう側に向きます。音声は同じにします。

     後から声をかけるとこのように真横を向きます。サーボの可動範囲で後側に最大になる方を向きます。ここでの音声も「はずれ」のままですが、「お呼びですか?」とする予定です。後から声をかけて返事をすれば、少しドキッとしますよね。どの向きになっても10秒ほどで正面に戻ります。まあ、スピーカーが小さいのであまり良い音質ではありませんが、何を言っているか認識できれば、いいと思っています。

     来週には、マイクからの入力でA/D変換のプログラムの作成をする予定です。なかなか先に進みませんが、勉強しながらですからしょうがないです。格納方法を少し検討してみましたが、スタイルを犠牲にしないで入れる方法はあるのか?

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      音がする方に首を回す(2)

       首部のオフセット補正を行うことを加味して、オフセット補正することでサーボの動作範囲が偏るので、「音がする方に首を回す」の仕様を見直しておきました。

      サーボパルス幅に変換すると
      ・左右135°の範囲に音源がある場合
       ⇒1650±450µSの範囲で可変
      ・それより後方に音源がある場合
       ⇒900µSの範囲の真横に向く
      となります。


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        首部のサーボ制御について

         V850ボードでサーボをコントロールできるようになったので、いろいろとテストした結果、首部のホイール取り付けが特殊な為、オフセット調整が必要でした。穴の位置から予想するに、

         オフセット調整すべき角度は、45°/2=22.5°
         補正すべきパルス幅は、600*(22.5/90)=150µS
         サーボへのパルス幅は、1500µS(既定値の中心)+150=1650µS

        計算上はこのようになり、実際にテストしてみるときちんと正面を向きました。
        今度は、パルス幅の最大がスペック上2100µSなので、反対側も同じ角度になるようにするには、1200µSとなります。かなり可動角度が小さくなりますが、首なのでOKとします。

        したがって、1650±450µS というのが、首のサーボモータのコントロール範囲となります。これも実際の動作を確認してみると真横には向けていませんでした。計算上は、±67.5°だけ向くことになります。
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          予備部品で左足が組上るか?

           久しぶりに、予備部品を使って左足を組んでみましたが、サーボとU型ブラケットが不足しており、まだ、組み上がりませんでした。残念!!

           でも、足のサーボが出来上がりました。U型ブラケットがあれば、足首が出きるので、写真に写っているU型ブラケットを臨時で組んでみたが、ネジが足りなかったのでやめました。次回の配達を待つしかありませんね。

           そこで、足の裏に滑り止めも兼ねて、ゴムシートを貼りました。サーボモータのところがちゃんと土踏まずになっているのがいいですね。歩行時の安定化にも役立つはずですが、実証は当分先ですね。
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            左腿ができる

             【組立-23】
             テスト済みのサーボモータを使って、左腿を組立てます。今回は、サーボモータを取付ける角度に気をつけてネジ留めします。こんなに曲げて組立てて大丈夫なのだろうかと思うぐらいです。

             足の部品が来たので、予備のサーボで組み立てようとしましたが、まだ完全な左足にならないので、今回は部品保存としました。足の裏に圧力センサーをつけて見るのも面白いですね。

             この足の部品には方向がないようで、左右共通のために、取り付けの穴が4つあります。

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              突然、日曜日に23/24号が届く

               日曜日なのに、突然、23/24号が届きました。今回は発馬日の火曜日でなく、2日も早く届きました。しかし、組立は23号だけで24号の部品は保存となります。

               24号にはマイコンとの接続用のRS232Cのケーブルがあります。マイコンボードの素性がわからないので、まだ、電源も入れられずケーブルもこのまま保存です。PCはディスクトップなのでコネクターは問題なしですね。
               仕舞い込んであったLibretto60(CPU=60MHzと遅い)があり、これにはRS232Cのインターフェイスがるので、RZ-1専用に復活させようと考えています。

              【23号部品一覧】
              a.U型ブラケット×1
              B.ボトムケースB×1
              C.厚型スプラインホーン×1
              D.厚型ホイールホーン×1
              E.M2x18mmタッピングネジ×2
              F.M2x12mmタッピングネジ×2
              G.M2.6x6mmタッピングネジ×2
              H.M2x5mmタッピングネジ×2
              I.ワッシャー×1

              【24号部品一覧】
              A.ボトムケースA×1
              B.フットブラケット×1
              C.薄型スプラインホーン×1
              D.薄型ホイールホーン×1
              E.シリアルケーブル×1
              F.M2.6x6mmタッピングネジ×2
              G.M2x12mmタッピングネジ×4
              H.ワッシャー×1
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                簡単なフローチャートを作成

                 簡単なフローチャートを作成してみました。この通りできるかは疑問ですが、今後の奮戦によるでしょう。

                 そろそろRZ-1にどのように格納するかの検討もしないと実装回路の問題や実装部品の選定もあります。3つのマイクの格納場所と実装方法も検討する必要があります。

                 そろそろマイクも購入しなければなりませんが、7月にセミナーで東京に行くので、その時に購入してこようと思います。

                 今週は、ROBOZAKが送られてこないので、このような検討をしています。図書館から「二足歩行ロボット製作超入門」という本のうち、サーボコントロールの所の参考にしようと借りてきました。

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                  サーボモータの初の制御テスト

                   今回は、サーボモーターをコントロールできるかテストプログラムを組んでみてテストしました。当初は、ワンショットパルスでいくつもりでしたが、テストしてみたところPWMモードでないとうまく動作しませんでした。このV850ボードで、はじめてサーボを動かすことができました。これで、要素技術のテストはテストボード上で出来たことになります。そこで、サーボの角度コントロールがちゃんとできるかも同時にテストを行いました。

                  【サーボの仕様】
                   90°→2100µs
                    0°→1500µs
                  −90°→ 900µs

                  【V850のPWMテストプログラムの一部】
                  */************ PWM出力モード (抜粋)************
                  void TMP3_Init(void)
                  {
                  int msec;
                  TP3CE = 0; /* TP3CTL0.7:TMP3動作禁止 */
                  /* port register setting */
                  PFC9L.4 = 0; /* TOP31端子に設定(PWM出力) */
                  PFCE9L.4 = 1;
                  PMC9L.4 = 1;
                  /* timer register setting */
                  TP3CTL0 = 0x06; /* 内部カウント・クロック設定:fxx */
                  TP3CTL1 = 0x04; /* PWM出力モード */
                  TP3IOC0 = 0x04; /* TOP31出力許可 TOP31ハイ・アクティブ */
                  TP3CCR0 = (20000*20/256) - 1; /* 周期:20ms */
                  TP3CCR1 = (1500*20/256) - 1; /* 1500us(TP3CCR0設定値 > TP3CCR1設定値)*/
                  }
                  */***************************************

                  */************ Main.c (抜粋)************

                  TMP3_Init(); /* TMP3 initiate */
                  TP3CE = 1; /* PWM出力(TMP3)動作許可 */
                  while(1){
                  ;
                  }

                  */***************************************

                   InterfaceにV850ボードが付属していた時に、無料の開発ソフトもありましたので、PM+とデバッグを利用して開発を行います。フラッジュへの書き込みソフトもあるので、PCのUSBから書き込みできるので、簡単である。

                   次に、サーボコントロールは1つだけを考えており、首のサーボだけをコントロールするだけですから、複雑なことはしません。リモコン操作でなく、音に反応して首の向くようにしますので、マイク入力による音量で方向を決まるように演算が必要です。

                  【音方向の検知】
                   3つマイク出力をどのように演算するかの検討をして見ました。
                  (左側のマイク出力=VL、右側のマイク出力=VR、後側のマイク出力=VB)

                  (1)前面の音と後側の音の比較(音が後の場合)
                     √(VL^2+VR^2)がVBよりも小さい時
                     ・VL>VRの場合、左真横
                     ・VL≦VRの場合、右真横
                  (2)左側の音と右側の音の比較(音が前の場合)
                     VL/(VL+VB)=係数K
                     ・K=0.5 で真正面(頭部向きのオフセット調整)
                     ・1.0≦K<0.5 で左側に、角度⇒180*(K-0.5)
                     ・0.5<K≦0  で右側に、角度⇒180*(K-0.5)
                     パルス幅は、1500+180*(K-0.5)*20/3 µs
                  このようになるか、MEMSのマイクを購入したらテストする予定。
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                    音がする方に首を回す

                     音のする方向に首を回すことを考えてみました。まず、方向を決められるように、右、左、後ろの3つの向きにマイクを内蔵して音をいます。このマイクはシリコンマイクといってMEMS技術を使ってSiチップで出来ていて隣にアンプも内蔵しているのでノイズにも強く、電気信号に変えてくれます。そのアナログ信号の出力をそのままCPUボードのA/D端子に接続すれば、音の大きさのデータが採れて、その値から音の方向を計算して求めルことが出来るはずです。

                     アナログ入力は、3軸加速度センサーでテスト済みですからプログラムグラムもそのまま利用できます。新規に作らなければいけないは、その値からサーボのか回転角度を求め、それをサーボ駆動のためのパルス幅にしなければなりません。電位はCPU電源の3.3Vでもサーボはコントロールできそうなので、レベルシフト回路は省きます。
                    サーボ角度と駆動パルス幅
                    −90°→ 900us
                      0°→1500us
                    +90°→2100us
                    上記の範囲で変化させます。首は他の所のサーボと違い、一度、動けば次の信号が来るまでお休みしていていいはずですから、ワンショットパルスで十分といことになります。その方が貴重な消費電流の節約になります。

                     RZ-1にV850ボードをどのように格納するかという大きな問題もあります。一応、胸に格納するつもりですが、胸のカバーは別途、作製しなければなりません。

                    米国Atmel社製Atmega128にはA/D変換ポートが8CHありますので、V850を諦めても、この動作を搭載できることはソフトさえできれば、可能だと考えています。V850で勉強してテストしてから、Atmega128に追加するのもありかな。
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                      カレンダ

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