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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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          ROBO XERO(ロボゼロ)12号

           インターネットで予約していた12号が配達されてきました。ROBOXERO(ロボゼロ)も3の倍数の号数になるとサーボが支給されてきますが、完成されたサーボにネジがついてくる号とネジが付いてこない号があります。今回はネジが付いてくる号なので、お得な感じです。特に、入手しづらい長いM1.7のネジは貴重ですが、M2mm×3mmのタッピングネジの方が在庫もなくなり貴重なネジです。
          ROBOXERO12号

          【12号のパーツ】
          ・RS306MD-DC(150mm)
          ・M1.7x25mmネジ×3
          ・M2x3mmネジ×7

           今回の購入で、RZ-1の脚の直交化ができるので、その動作がうまくいけば今までの全モーションの修正を行い、重量の軽量化と脚の直交化を活かした新しいモーションにでもチャレンジできればと考えています。直交化した以降のモーションは互換性を失うので、モーションプログラムのソース公開はしない方針です。
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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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              ROBO XERO(ロボゼロ)11号がない

               発売日にROBO XERO(ロボゼロ)11号を買いにいったところ店頭にない。本屋での発売は15号までだったのではないかと思っていましたが、すで定期購読のみの限定発売になったようです。本屋にないなら、次号と合わせてインターネットで購入することにした。送料無料となるAmazon.co.jpに申し込んでおいたが、配送されるのは来週となる予定です。
              11号のコピー部品 ということで11号で支給される1つの部品をデットコピーして自作してみました。最初は違う形で試作したのですが、将来の拡張で軸の自由度を増やす場合にはセンター方向に位置をずらしておいた方がよいので、同じ形にて製作しました。

               もう1つの部品は形状と精度(コンマ以下の精度とMT1.7のネジ)が難しいので、当面、自作することはペンディングにしました。

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                RS306MDのTTLコマンドのテストボード

                 手元にある秋月電子のUSBシリアル変換モジュールを使って、RS306MDのTTLコマンドの操作ができるようにあまり物でテストボードを製作しました。

                TTL<br />
コマンドテストボード RS306MDとの通信はRS232Cでもいいのですが、なぜ、このモジュールを使うかというと単に手元にあったこととケーブル接続だけで5V電源がPC側から供給されるからです。

                 基板にはそれ以外に送受信の示す各々LEDと全二重を半二重にするための簡易的な回路を盛込んでサーボの接続端子を2つ設けました。2つにしたのはIDの違いで区別されるかをチェックするためです。

                 問題は、RS306MDの信号線が1本なので送受信は1本で半二重通信という形式で行なうことになるので、回路を工夫しないとそのままでは送受信できません。コマンドを送る送信だけであれば、そのまま直結して接続することはできます。半二重変換回路は簡易的な回路例Aとバッファを挿入した回路例Bを示しますので、参考にしてください。(2011/4/27回路例Bを修正)
                回路例A回路例B
                          回路例A                      回路例B

                 回路例Aでは送信はできましたが、受信はうまくいきませんでした。回路例Bでは送受信共にうまく出来ました。なお、TTLコマンドはPCのターミナルでマニュアルで操作できますが、miconoさんが便利なソフトを開発されているので、これを利用することをお勧めします。

                http://web.me.com/micono/rx/rs30xpacketutil.html

                【注意】
                 本回路による事故や故障の責任は当方では負いかねます。あくまで自己責任で行なってください。
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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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                    RS306MDの動作方向をMR-C3024で変更

                     RS306MDの動作方向の変更をroboBASICのDIR命令で行なうと、サーボの動作パルス幅の違いでモーションの動作が少し左右非対称になることがわかりました。そこで、miconoさんからRS306MDの設定変更の情報とヒントを頂き、予備のMR-C3024のマイコンボードを利用して、RS306MDにソフトで送信するだけでRS306MDの設定が出来ることがわかりました。なお、RS306MDの設定変更する詳細なコマンドは取扱説明書を参照ください。

                    さらに、miconoさんのブログもご覧になるととても参考になります。 

                     但し、RS306MDのコマンド方式とPWM方式を混在させることはできませんので、あくまでもRS306MDの初期設定だけの専用プログラムをroboBASICで実行させることになります。RS306MDのコマンドの中には返信でデータも入手できるコマンドもありますが、半二重の回路が必要になるので簡単にはできません。そのため、今回は送信のみのプログラムです。

                     RS306MDの動作方向を切り替えるMR-C3024を使って、roboBASICでプログラムした例です。外部表示はMR-C3024のLCD端子に、設定変更したRS306MDはMR-C3024のRX端子に接続するだけです。なお、ここではサーボは何も動きません。そのため、液晶表示かLEDの点灯でステップを確認するしかありません。間違っても、FlashROMに書き込んでいる最中に電源を落とさないように注意してください。

                    【2011/4/23修正】
                     取扱説明書 ver.1.11の修正で、ver.1.12ではフラッシュROM書込みとサーボ再起動をまとめて指示ができなくなっています。そのため、フラッシュROM書込みの送信データを変更しました。


                    '============ RS306MD Setting program 2011/04/23 ===========
                    DIM RR AS BYTE
                    DIM i AS BYTE

                    main:

                    OUT 52,0

                    PRINT 12 'CLS
                    PRINT "RS306MD Servo"
                    PRINT 13 'CR
                    PRINT 10 'LF
                    PRINT "Direct Revers"

                    DELAY 1500

                    'Foward/Revers Select
                    GOTO flag1

                    flag0:

                    PRINT 12 'CLS
                    PRINT "RS306MD Foward"
                    PRINT 13 'CR
                    PRINT 10 'LF
                    PRINT "Setting Start.."
                    OUT 52,1
                    DELAY 500

                    'Servo Foward command
                    ETX 115200, &HFA 'Hdr
                    ETX 115200, &HAF
                    ETX 115200, &H01 'ID
                    ETX 115200, &H00 'Flg
                    ETX 115200, &H05 'Adr
                    ETX 115200, &H01 'Len
                    ETX 115200, &H01 'Cnt
                    ETX 115200, &H00 'Dat
                    ETX 115200, &H04 'Sum

                    GOTO main_exit

                    flag1:

                    PRINT 12 'CLS
                    PRINT "RS306MD Reverse"
                    PRINT 13 'CR
                    PRINT 10 'LF
                    PRINT "Setting Start!"
                    OUT 52,1
                    DELAY 500

                    'Servo Reverse command
                    ETX 115200, &HFA 'Hdr
                    ETX 115200, &HAF
                    ETX 115200, &H01 'ID
                    ETX 115200, &H00 'Flg
                    ETX 115200, &H05 'Adr
                    ETX 115200, &H01 'Len
                    ETX 115200, &H01 'Cnt
                    ETX 115200, &H01 'Dat
                    ETX 115200, &H05 'Sum

                    main_exit:

                    OUT 52,0
                    DELAY 1000

                    PRINT 12 'CLS
                    PRINT "RS306MD FlashROM"
                    PRINT 13 'CR
                    PRINT 10 'LF
                    PRINT "Writting Start!"

                    FOR i=0 TO 1
                    OUT 52,0
                    DELAY 500
                    OUT 52,1
                    DELAY 500
                    NEXT i

                    'FlashROM WRITE by ver.1.12
                    ETX 115200, &HFA 'Hdr
                    ETX 115200, &HAF
                    ETX 115200, &H01 'ID
                    ETX 115200, &H40 'Flg 60 -> 40
                    ETX 115200, &HFF 'Adr
                    ETX 115200, &H00 'Len
                    ETX 115200, &H00 'Cnt
                    ETX 115200, &HBE 'Sum 9E -> BE
                    PRINT 12 'CLS
                    PRINT "RS306MD FlashROM"
                    PRINT 13 'CR
                    PRINT 10 'LF
                    PRINT "Writting Complet"

                    FOR i=0 TO 2
                    OUT 52,1
                    DELAY 500
                    OUT 52,0
                    DELAY 500
                    NEXT i

                    DELAY 1000

                    END
                    '=================================================

                     見事、動作方向のリバースに成功!

                     この実行した結果、RZ-1の右半身のRS306MDをリバースにしましたので、モーションプログラムの初期設定でDIRはどちらも0に設定します。ゼロポイントの変更は必要ですが、モーションは90%ぐらい変更しないで問題はおきませんが、重心がかわったので微妙な重心でバランスしていたのは多少修正が必要となりますが、とても修正がやりやすくなります。

                    DIR G6A,1,0,0,1,0,0
                    DIR G6B,1,1,0,0,0,0
                    DIR G6C,0,0,0,0,0,0
                    DIR G6D,0,1,1,0,1,0


                    【注意】
                     本プログラムによる事故や故障の責任は当方では負いかねます。あくまで自己責任で行なってください。
                    0


                      カレンダ

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