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今日は進展なし

今週末は休日が1日しかなく,雨で外出する気にもならず寝てすごす.
Amazonで吉野さんの本「60日でできる2足歩行ロボット自作入門」
を買ったのが届いた.意外にも600ページを超えるぶ厚い本だった.読んでみるとやはりすばらしい.フルスクラッチで試行錯誤をしながら自作ロボットを完成させる楽しみがひしひしと伝わってきた.これなら自分にもできるんじゃないか?と思わせる解説が絶妙でぜひとも工学やロボットに興味のある学生さんは手にとってもらいたい.
昔は数少なかった自作工作の本を私が学生のときはとにかく夢中で読んでいた.いまどきの学生さんはどうなのだろうか.キットを買ってきて組み立てれば満足で一から自作などしないのだろうか?そもそも2足歩行ロボにしたって,最近はキットがたくさん売っているのだから,それを買って組み立てれば手っ取り早く動くものが作れる.市販キットは部品もきちんとしているので,ロボットの性能も自作のツギハギだらけのよりも上かもしれない.
それでは,自作するメリットとはなんだろうか.
ひとつは自己満足だろう.自己満足というと聞こえが悪いが,要は自分だけのオリジナルができる点だ.ボロッちくても世界に1台しかないマシンが作れるし,WEBや競技会で誰かに自慢するときも「これは自分で作ったんだ!」とアピールできる.
2つ目は問題解決能力の獲得だ.どんな単純なロボットでも,一から自作すれば次から次へと問題が発生する.その問題の原因や対策はたいてい本やGoogleにも載っていないので自分で考えるしかない.こうなって初めて獲得できるものがある.たとえ最後まで問題が解決しなかったとしても,考えることそのものに意味があると思う.
3つ目として,自分自身の再認識というのがあるように思う.自作ロボットはいわば自分の分身だ.誰かのと比較したり,誰かに感想を聞いたりするとそれが自分自身に対する客観的な評価の代わりにもなってくるのである.ロボットを通じて,自分は何がしたいのか?さらには自分とは何者なのか?といったところまで探るきっかけになる.

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サーボ駆動の調整

今日は昨日作ったソフトを動かし,デバッグをして問題なく動くことを確認した.

これ以外の問題点はいったんメモしておき,明日以降は別の作業を行いたい.
久しぶりに画像処理でもやろうか・・・

RCサーボ信号の不具合改善

今日も帰りが遅く,なかなかもう一仕事というのがキツイ.今日はソフトな作業ということでソフトウェア.

以前から気なっていたdsPICの出すサーボ信号にジッタが混じる問題を修正する.
原因は多重割り込みのタイミング.サーボ信号は割り込みで生成しているが,SPI割り込みにくらべ優先度が低いため,SPI割り込みの発生タイミングによってはサーボパルスの立ち下げ割り込みが待たされ,PWMパルスが引き伸ばされることがある.
これに対しては,SPI割り込みが周期的であることを利用して2つの割り込みの時間から次に発生するSPI割り込みのタイミングを予想して,干渉する場合はあらかじめサーボパルスを立ち上げないようにすることで回避できる.

アルゴリズムはできた.しかし,デバッグがなかなか難しい.dsPICには十分なRAMもSCI出力もついていないためだ.パラメータを見るのにも,いったんホスト側へSPIで引っ張ってRAMにストアして,さらにSCIにダンプしてという手順が必要になる.
結局今日は動作確認まで行かなかった.明日は動かそうと思う.

飛行機ブンブン

今週末はやっとアームロボの駆動の準備が整い,MR2の実力把握のための動作試験を行う.そもそもメカはまったく知ロボと同じでモータドライバを載せ換えただけなのになんでこんなに手間取ってしまったのだろうか.
原因はソフトだ.知ロボのソフトがダメダメだったのが今ごろ分かった.ホントに,6月はコレで良く動いていたもんだ.いつ止まってもおかしくない状態だったのに・・・

MR2の駆動能力を見るために負荷変動をかけてプチ耐久をやることにした.手先を地面と同じ平面で円運動させる.消費電流は3軸でMAX15A,平均8A程度になる.これを10分継続してドライバがハングしないか,熱ダレしないか等を見る.
結果はまったく問題なし.FETの温度上昇もわずかに+5℃ぐらいだった.むしろモータのほうがやばい.10分後のショルダ部モータは手で触れない温度になっている.80℃以上にはなっていた.

つぎに追従できる限界まで速度を上げたときのノイズ耐性を見る.電源ををLiPo6セル(22.4V)にして同じく手先に円を描かせる.最高速はメカの剛性の低さから1m/secぐらいが最高だった.モータの性能からすればこの倍は出るのだが,壊すと大変なのでここで止めておいた.このとき通信へのノイズ侵入はまったくなかった.



3軸同時駆動でパッチンフィルタを一切つけなくてもノイズで誤作動しなかったので,MR2の改良箇所はひとまずうまく機能したようだ.もちろん,最終目標は12軸なのでまだ安心はできないが.
まだいくつか小さい不具合が残っているので,それをつぶしてMRはいったん完成としたい.

世界最速ロボット

今日は作業がいまいち進まない.
気分転換にWEB探索の旅へ.YouTubeでいろいろ見てみるとロボットの動画も結構見つかる.なかでも衝撃的だったのが
世界最速のロボットアーム
こっちはDD型
世界最速はパラレル型だったのか・・・それにしても速い速い.もはや目がついていける速さを超えている.動作音も完全にSF映画の世界.

このロボットのリンクはおそらくカーボンでできている.手先の慣性を減らし,全体の剛性を上げればモータの出力限界まで速度は高められる.パラレルメカニズムはそのために有効な機構だろう.また,閉じたリンク系をこれだけの速さで動かすと途中の制御偏差がリンクを強烈に痛めつけるはずだ.カーボンはしなって疲労しにくいのでこの手の機構にはもってこいだろう.制御もただのPID制御ではないのかもしれない.
いやーしかし産業用ロボットはすごいことになっている.

速いロボットを作る要素:
①ボールねじ(歯車やHDに比べ直径が小さいためイナーシャが低く,高い減速比を得ながら高速直動機構ができる)
②ワイヤー駆動(プーリー径を小さくすれば慣性が極めて低い.引張りしかできないのが欠点)
③ベルト駆動(ワイヤと同等.ベルト自体が弾性体であるため剛性はやや下がるが)
④2モータ以上で1リンクを駆動(「うまくやれば」エネルギー効率が上がり,バックラッシュなどを抑えることができる)

現存の機構の中では①のボールねじが最も優れている気がする.同じ可動範囲をできるだけ速く動かすには,回転運動では慣性がR^2に比例するので直線運動より不利である(直線運動では重量に比例するのみ).

基板3枚完成


新しいMRボードでロボットアームを動かすために,準備を進める.
今日は集中して残り2枚のMR2を組み上げる.3枚のうち一枚が動作しないトラブルに見舞われたが,おかげで回路の不具合が明らかになった.抵抗のばらつきなどでリセット用のリレーが作動しない場合があるのだ.抵抗を小さいものに換え,電流値を若干増やすことで解決できた.
数を作ったときに部品のバラつきなどで起こる不具合は,できるだけ早期に解決策を入れる必要がある.その場しのぎでかろうじて動いているものは,全体が組みあがってからいざ肝心なところでたびたび誤作動を引き起こすものだ.

明日は3枚をタップ基板に接続して3軸同時駆動で不具合がないか確認したい.

電源のトラブル

いままで順調だった回路に異変が起きた.エンコーダパルスに激しいノイズが・・・元信号が分からなくなるほどの酷さ.そろそろ何か出るはずと思っていたら,案の定出た.

さっそく解析した結果,原因はどうやら5Vの電源らしい.オシロの波形では5Vラインは特にノイズが乗っている感じはないのだが,エンコーダをつなぐと発振して帰ってくる.別の5Vにつなぐと問題なし.何なんだろうか?エンコーダ電源の近くに100u追加すると直った.RCサーボの駆動時やdsPICのフル稼働時など,5Vの消費電力が増加すると発振しやすくなるらしい.3端子のOUT側のCが足りないのだろうか?100uを150uにしたらまた直ってしまった.OUT端子につないだオシロに現れてこないのが良く分からないが,いつの間にか5Vに[何か]が乗っていて悪さをしているようだ.
電圧でないとすると電流か?電流の振れってどうやって抑えるのだろう・・・

いろいろ確認

先週から,MRの動作確認を続けている.大きな不具合は今のところなし.追加した機能、RCサーボ駆動とフォトインタラプタ入力もとりあえず動くところまでは確認できた.

やったこと:
24Vでのフル駆動→位置の追従,通信とも問題なし
ヒューズの作動→異常なし.正常に作動.
消費電流→MR1と同等140mAぐらい.
電流検出フィルタ最適化→分解能±2A程度.時間分解能は良い(1msec可能).


課題と対策:
KILL-SWのロジックが逆→いったん無効で進める
FB選定ミス→3端子から2端子に変更.実装時注意
RCサーボの電源投入時の誤動作→サーボ信号ラインを10kでプルダウン
RCサーボの信号生成用の割り込み→SPIへの干渉とりあえずなし.今後も監視を要す.

消費電流が高いのがちょっと気になっている.1枚あたり140mAで12CHだと1.68Aにもなってしまう.
回路の中ではdsPICで100mA近く食っているのでなんとかこれを下げたい.手としては
①駆動周波数を下げる.
②dsPICのシリーズを4012→2010とする.(ピンコンパチだがタイマが2CH少ない等機能がかなり落ちる.メモリが少ないのもそうとう痛い)
③アイドルモード,スリープモードなどを間歇的に入れる
というところがある.

①と②はソフト的に大手術が必要になるが,実現できれば消費電流を半減できる.
③はフィードバックが切れるときにしか使えないが,ソフト的には単純な追加で済みそうだ.

このあたりはひととおりソフトが確定してから考えようと思う.
MR2の実力を見るために,簡単なアプリを作成してみたい.知ロボ用のロボットアームを使う.

動作確認OK



今日までの調査でモータの駆動はO.Kになった.最初動かなかった原因はフェライトビーズのカットオフ周波数の選択ミスだった.
ちょっと回してみた感じでは今回のはモータを急に正逆させても通信にまったくノイズが乗らない.基板の色といい,動きはクールで実にイイ感じだ.
しかし,dsPICの温度を測ったら50℃を超えていた.ぜんぜんクールじゃない.電源を3.3Vから5VにしたのがかなりW/Hzを上げてしまい,大食いCPUになってしまった.ゆくゆくは放熱パーツを追加したい.

MR2がひととおり動くようになったので,MR1との耐ノイズ性の比較を行いたいが,これが結構やっかいだ.オシロのプローブをつなぐだけでノイズのレベルがぜんぜん違ってしまうためだ.オシロの入力インピーダンスは非常に高いが,プローブ自体が所詮はただの電線なのでこれがアンテナになってしまう.ノイズを測っているのか,ノイズを入れているのか分からなくなってしまうのである.

とにかく,もう少し詳しく調査したい.

MR基板が組みあがる


今週末はモータドライバ基板(写真手前の青いヤツ)が上がってきたのでさっそく慎重に部品を実装.
しかし,火入れは失敗.やはり一発では動作しないのか・・・
明日以降原因を調査することになったが,パターン変更が要るような致命的なものでないことを祈りたい.今回は蛇の目で動作を確認しているのでそんなにひどいことは起こらないはずなのだが・・・

今日はテレビで「きーぽん」を見た.黄色いだんごのような体で見た目はおもちゃのような外観だが,曲に合わせて踊る様子は安っぽくなく,実に俊敏で精巧.特に伸縮の動きがこのロボットにはとてもマッチしていると思った.生き物っぽい印象がこれだけの自由度で実現できるとは!とても勉強になった.そばにおいて置いてちょっと触ってみたくなる.
「きーぽん」のアクチュエータはMaxonのRE13で,ワイヤー駆動を行っている.低イナーシャの多自由度を後方から集中駆動させる方式は,メカの高速化だけでなく外観デザインの自由度を増すという意味でも非常に有効な構成なのだろう.
手持ちのRE40とMR2で「きーぽん」のようなマシンを作ったら目にも止まらぬ動きが可能かもしれない.しかし,あまり高速化しすぎるとかわいさがなくなってしまうか・・・
プロフィール

もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
mo_ya_ne[a]yahoo.co.jp
[a]⇒@

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