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メカ製作が苦手なためか、いつも市販品で何か流用出来ないか考えてしまいます。モータが2個載っているオモチャを見るとすぐ反応してしまいます。そんな中で以前から目をつけていたのが田宮模型の壁づたいねずみ工作基本セットです。
このセットはウォームギヤをシンプルに使ってギヤ部分も小さく、タイヤ径も小さいのが魅力的です。樹脂製のシャーシとモータ部、ギヤ、車輪を使えば、コンパクトな台車を安価に作れそうです。
大きさから色々と検討した結果、秋月のBタイプ基板が台車部のサイズと合うことが分かりました。シャーシをBタイプ基板の大きさに合わせて切断し、基板スペーサを使って基板とシャーシを固定しました。電池ボックスは悩んだ結果、単4電池を4つ縦に搭載してみました。
ここまで作ったものの、やる気が失速してしまいました。基板サイズが自分のテイストよりも大きかったことが分かりました。樹脂製シャーシも厚みがありイマイチ加工しにくかったのも一因かもしれません。このBタイプ台車製作は、次のCタイプ台車へ至るための修行だったのでしょうか。
秋月Cタイプ基板のサイズをベースにして作った初めての台車です。知能ロボコン 2002 にてささおさんの小型ロボットで使われているパーツを見たのが製作のトリガになりました。
モータ・ギヤは田宮模型のユニバーサルギヤーボックス、タイヤはツクモロボコンマガジン館で販売されているスポンジタイヤです。ギヤボックスは固定用部分を内側に折り込んで縦に搭載することで、コンパクトに2個並べることが出来ました。単4電池4本を搭載するための電池ボックスは、悩んだ末にモータと制御基板の間に搭載してみました。
マブチモータをマイコン制御するためにはモータドライバが必要です。3.3V で駆動可能なモータドライバとして NEC uPD16805 を使用しました。このドライバは SOP パッケージなので、Cタイプ基板へのハンダ付けには難儀しました。
動かしてみると、色々と不満な点が出てきました。ギヤがうるさい、スポンジタイヤがつぶれて元に戻らない、そして何と言ってもモータドライバのハンダ付けの面倒さ。台車自体の方向性はそのままで、モータ部分をどうするかが次の台車製作のポイントとなりました。
使いやすい小型ギヤ付モータを模索し、結局 RC サーボに落ち着きました。外付けモータドライバ不要、マイコン直結の信号線と電源の3本をつなげるだけで動く RC サーボは、小さいもの好きのマイコン野郎にピッタシの駆動デバイスです。
使用した RC サーボは Hot Bodies マイクロサーボです。最終段ギヤのストッパをカッターで削り、サーボホーンが1回転出来るようにしました。メカ製作の苦手な自分には RC サーボのマウント方法が課題でしたが、ツクモロボコンマガジン館で販売されているL金具(小)を使ってCタイプ基板にねじ止めをしてみました。
もう一つの課題だったタイヤは、ミニ四駆のアルミベアリングローラをサーボホーンに接着。底面にボールキャスターを2個固定し、2輪マウスのようなダイヤモンド配置としました。個人的にはこの形状は見ていて落ち着く何かがあります。
C8051F300 と Ericsson Bluetooth モジュールを使って台車を無線で動かしたり、色々と遊んでみました。そして分かった不満な点。それは移動速度の遅さです。家でデバッグをしている時には気が付かなかったのですが、外でデモしてみるとその遅さが際立ちます。モータ自体の回転速度は変更出来そうも無いので、次の台車に向けて、理想のタイヤを探す旅に出てみることにします。
以前アームを作る際に使用したマイクロサーボには不満がありました。ホーン固定部の径が小さく、ホーン自体も薄くて強度がイマイチな点です。しかし Hot Bodies マイクロサーボは違います。JR サーボのサーボホーンと互換性があります。この良さがタイヤにも活きました。大型の円形サーボホーンがタイヤ代わりに使えることに気が付きました。
少しでも径の大きなものを探していたら、ワイヤリンケージ用プーリにたどり着きました。これに滑り止めシートを巻きつけると、なかなか良いタイヤになりました。最初は色が赤いのが気になっていましたが、慣れるといいアクセントだと感じるようになりました。
新タイヤによって、移動速度も許容できる程度となりました。この台車のおかげで Bluetooth や Treva と台車を組み合わせた実験を色々と行うことが出来ました。
勿論不満な点もあります。一番大きいのは電池交換のし難さです。電池ボックスの上に制御基板をのせ、さらにその上にアームなどをのせると、電池交換の際にはそれらを全て取り外さないといけません。トラブルを防ぐためには、アームのような可動部分はなるべく触りたくないものです。次に作成する台車は電池交換の容易さを目指してみます。
悩みました。電池ボックスの配置、サーボモータの位置、難しいパズルでした。一時はCタイプ基板を捨てて大きな基板サイズで妥協もしました。しかしCタイプ基板によるプラットフォーム開発という初心を思い出し、何とかCタイプ基板サイズでまとめてみました。
電池交換が容易に出来るように、電池ボックスを側面に向けてみました。RC サーボの場所が無くなったので、マウント用基板と一緒に縦に取り付けてみました。縦基板固定用の金具は、いつものL金具(小)です。
これで目標の電池交換の容易さは確保出来ました。タイヤを外せば簡単に電池を取り替えることが出来ます。しかしこの台車の形はどうも自分としてはシックリ来ません。もはや体がダイヤモンド型以外を受け付けなくなっているのでしょうか?知能ロボコンも結局3号台車で参戦してしまいました。
とりあえず当面の完成形は3号台車となりそうです。心配していた電池の持ちも悪くないので、電池交換の頻度が低いのにも救われています。2号台車、4号台車はこのページで記録を残し、3号台車量産のパーツとして再生することにしてみます。
Cタイプ台車3号にアームを取り付けて、2003年の知能ロボコンに参戦しました。Treva の画像のみによるライントレースと横線検知がうまく動き、自由ボールを無事ゴールに入れ、ボールエリアまでロボットを到達させる目標は成功しました。しかしアームは結局動かせず、重たい飾りとなってしまいました。また意味無く搭載した Bluetooth はバッチリ動きました。
実際にCタイプ台車をコンテストの場で使ってみて、電池交換の容易さが非常に重要だということを痛感しました。やはりこの点は改善が必要です。
2004年の知能ロボコンでは、思い切って電池ボックスを一番上に載せてみました。これで電池交換は非常に簡単です。また重たいアームの代わりにダクテッドファンを使ってスポンジボールを吸いつける方式を取りました。ファンを前面に固定すると Treva の邪魔になるため、電池ボックスの下層に配置した RC サーボによりファンを上に持ち上げられるようにしました。
この年は AVR USB ホストを使った無線 USB マウススタートスイッチの動作こそ成功したものの、残念ながらライントレースが上手くいかず、自由ボールを落とすことすら出来ませんでした。そろそろ初心に帰って駆動系の見直しが必要なのかもしれません。
2005年の知能ロボコンでは、Cタイプ台車2号から続く RC サーボによる駆動系に見切りをつけ、ステッピングモータを使ってみました。これまでは駆動系のベースにもCタイプ基板を使っていましたが、今回は市販の小型アルミケースのコの字パーツを流用し、そこにモータやCタイプ基板を取り付けました。
ステッピングモータのトルクを上げるため、電池はこれまでの単4電池4本から6本に増やします。そこで思い切って電池ボックスを背面に取り付けてみました。これで電池の本数を増やしながら交換の容易さも維持することが出来ました。
アームも BlueArm での失敗を考え、自作は諦めて市販のサーボブラケットを使用し、4自由度のアームを2本作りました。これでテニスボールでもコーヒー缶でも持ち上げることが出来ます。
思ったところに動かせる新駆動系と、対象物を持ち上げられるアームのお陰で、初めてボールエリアのコーヒー缶をゴールに入れることが出来ました。しかし1個掴んでゴールに入れるのが限界でした。Treva による画像処理を言訳にした移動速度の遅さ、重心の高さと従輪のショボサによる移動時の振動をどうクリアするかが来年に向けた課題となりそうです。
2006年の知能ロボコンでは、NeCoXE-1 のコンセプトを踏襲しつつ低重心化とアーム強化を狙ってみました。安価なサーボブラケットが登場したので2足歩行ロボットで使われている KO サーボを使用。重心を下げるためにモータドライバ基板の下にマウントしてみました。
カメラは定番の Treva を使用。カメラ位置が前にあると手元が見えないので、上部の制御基板を横向きに配置。Cタイプ基板へのコダワリを残しつつカメラ位置を後退させてみました。
低重心を狙ったのですが KO サーボが台車に対して大きく重いため、対象物を前方で持ったままの移動が難しくなりました。結局対象物を真上で保持しながら移動することになったため、低重心にはならず移動速度も抑え気味となってしまいました。また KO サーボの高負荷時保護の脱力に悩まされ、デバッグに苦心してしまいました。
進化させようとしたのが裏目に出て前回よりも退化してしまい、自由ボールすらゴールに入れられない結果となりました。悔しさのあまり帰宅時の新幹線の中で目から液体が出てしまいました。来年は NeCoXE-1 の正常進化系にもう一度チャレンジです。
※ baby touch さんの Blog で紹介して頂きました。
Robot.M との優雅な平日「知能ロボコン,祭りの後・・・」
前回の悔しさをバネに、NeCoXE-1 のスタイルに戻しつつアームの進化を考えてみました。これまでのアームは対象物を両側から挟んで把持するため、対象物を台車の上部で持つ必要がありました。そこでアームの先にハンドを取り付け、片腕で対象物を持てるようにしてみました。
アーム軽量化のために、当初は青い RB90 RC サーボとアルミ板を曲げて作った自作サーボブラケットを使いました。これはこれで市販のサーボブラケットでは得られない味わいがあったのですが、やはり対象物を持つにはトルクが足りません。結局断腸の思いで市販のサーボブラケットにチェンジしました。
本番では自由ボールしかゴールに入れられなかったのですが、前回と違い不可解な動きに悩まされることは無くなりました。また対象物を掴めそうなハンドが付くと、ロボットらしさが高まるということを動いている姿を見て感じました。
センサはカメラのみというコンセプトはそのままに、ステッピングモータによる足回りと双腕アームで3年間参加してきました。作っているものと自分の実力にギャップが大きいため、競技で得点できるロボットを作ることは出来ませんでした。次は新しいスタイルを取り入れて得点も可能なロボットを目指します。
※ baby touch さんの Robot Watch 記事で紹介して頂きました。
「知能ロボットコンテスト・フェスティバル2007」開催〜中学生が社会人が、同じ競技台で繰り広げる熱戦
※ もやねさんの Blog で動画を公開して頂きました。
もやねのロボット三昧「動画の整理など」
これまで6年間自分なりの小ネタは入れつつも「参加することに意義がある」ロボットばかり作ってきました。今回からはちゃんと「見る・掴む・ゴールに入れる」が可能なロボットを作ります。もちろんセンサはカメラのみというコンセプトは踏襲します。
まずちゃんと「見る」ために、これまでのカメラの視野の狭さを変えられないか考えてみました。その結果アームの先端にカメラを取り付け、アームを動かしながら画像を取得することで視野を広げることにしてみました。カメラを取り付けるアームは自分の工作技術を考えて NeCoXE-3 と同じ市販のサーボブラケットを使用。Cタイプ台車に対して大きいため台車後方からアームを伸ばすスタイルとし、回転軸に重心が乗るよう反対側に球体のカウンターウエイトを付けてみました。
「掴む」は NeCoXE-3 でそれなりに形になったので、再びアルミ板を曲げて自作。一度やりたかったハンドの軸方向回転を入れてみました。
ハンドを軸方向に回転させて自由ボールを入れる姿は自分でもカッコいいと思えましたが、今回も対象物を掴むことはできませんでした。アームをフラフラさせながら前に進む姿を見ていて、アーム先端にカメラを取り付けるスタイルは今の自分の技術には荷が重すぎたと思いました。
※ もやねさんの Blog で動画を公開して頂きました。
もやねのロボット三昧「知ロボのビデオ その2」
7年間 Treva と共に歩んできました。コイツのおかげで画像処理の楽しさを堪能することが出来ました。しかし Treva の解像度ではそろそろ限界だと感じていました。そんな折 JPEG を UART で出力するカメラがプレビュー用に RAW データを出力することを知りました。これを使って画像処理による対象物の位置認識の精度を上げてみます。
解像度が高くなったので視点を高くして競技場を俯瞰して対象物を認識できるのではと考えました。Cタイプ台車にアクリルパイプを取り付けて下を向けたカメラを取り付けてみます。カメラとマイコンをつなげるケーブルもアクリルパイプの中を通したので配線もスッキリしました。また画像処理を真面目にやるために、マイコンには小型のカラー LCD を取り付け、取得した画像や画像処理の結果を表示できるようにしました。
ハンドは RC サーボや平行リンクなど試行錯誤の末に、DC モータとギヤを使った開閉型ハンドを作ってみました。このままでは対象物を掴んでも引きずってしまうため、ハンド全体を RC サーボでリトラクト出来るようにしてみました。合せて台車後部の電池ボックスも RC サーボでリトラクトさせ、台車の構造が前後で対称になるようにしてみました。
足回りもステッピングモータの小型化など試してみましたが、結局 NeCoXE シリーズと同じ 42mm ステッピングモータを使います。これまでのように RC サーボを大量に使わないので単3充電池4本の 4.8V で駆動させることが出来ました。
地に足のついたハンドと強化した画像処理のおかげで今回は対象物を認識しゴールに入れることが出来ました。ただ移動速度が遅いので競技時間内での得点が限られるのが残念です。次も今回のスタイルを踏襲しつつ、移動速度を上げることで得点を増やせるようにしてみます。
※ noritan さんの YouTube で動画を公開して頂きました。
知能ロボットコンテスト2009 - Monomania-II
Monomania-2 の欠点は対象物をゴールに入れるまでの時間が長いことでした。今回は移動速度の遅さと対象物の認識までの遅さを解消すべく各要素を改善することにしました。まずは電源です。単3型4本から8本に倍増しモータ電圧を2倍にします。加えてモータドライバも強化し、これで移動速度を高めることが出来ました。
移動速度に合わせてハンドの把持力を上げるために、並行リンクで対象物を平行にはさむように改良。ハンド自体の面積も大型化しました。これで移動中に対象物が落ちてしまう可能性を低くしました。
カメラを固定するアクリルパイプは長さを1.5倍に伸ばし、対象物を見つける範囲を広くしました。これで対象物を見つけるためのサーチ時間を短くすることが出来ました。カメラの角度を変えて移動せずにより広い範囲が見られるように RC サーボを搭載しましたが、最終的にはソフトウェアが間に合わず角度は固定のままとなりました。
画像認識ソフトも強化したこともあり、これまで作ったロボットの中では非常に安定した動きを見せてくれました。いつもはロボットをスタートさせた後はハラハラしながら見守っていたのですが、今回はロボットが動いているのを見ずにマイクを貰って喋ることすら出来ました。恥ずかしながら自由ボール以外の対象物を複数個ゴールに入れたのは今回が初めてでした。ようやくこれで競技に参加したと言えるでしょう。次回参加する時も引き続き競技に参加した上で自分のやりたいことを形にしたいと思います。
※ もやねさんの YouTube で動画を公開して頂きました。
chirobo_2010_2_2.mpg (0:37あたりから)
※ 山口さんの Blog で紹介して頂きました。
山口自動機械 作業日誌「知能ロボットコンテスト2010感想など-1.ローカルビジョンロボット」