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回避アルゴリズムの検証

昨日は追いかけるのをやったので,今日は避けるほうを試す.(MPEG)

キモは追跡と同様,最短距離にある物体を避け続けるというシンプルなもの.自分の周囲の一定範囲内に障害物がない場合はゴール地点(動画でいうとロボットから見て斜め左上)へ向かう.

実験の結果ある程度広い間隔で障害物が置いてある場合は,それなりの回避動作が実現できることがわかった.
しかし,複数の障害物が狭い間隔で入り組んでいるときは失敗することがある.
このあたりは最悪停止してバックするなどの個別の処理が必要だろう.
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知ロボ用のアプリ作成開始

今日からより実戦に近い条件でテストをするべく,知ロボの1/4のフィールドを作る.

URGの原点座標を実測して補正した結果,若干マップの精度が上がった.



目標への追従プログラムも改良する.ストップ&ゴーだとあまりにも遅いので,Dutyを下げてゲインも下げなんとかリアルタイムで追従(MPEG)できるようにする.

のろのろ運転だがいくぶん滑らかにはなった.
追従ができたら次は回避をやってみたい.

地図の作製

今日は地図の作製を試す.
前回までの結果からURGのデータ使ったリアルタイムのF/Bは難しいため,できるだけオフラインの情報を生かす方向で行くことにした.
ということで,SH2Aの16MByte大容量メモリにものをいわせて,URGの観測座標とロボットの軌跡データをため込みながら地図を作製するプログラムを組む.
その辺にあったもので閉じたフィールドを作りテストした.

中央のコの字のラインを走らせながら,周囲をスキャンして得た絶対座標をすべてプロットしたのが緑の点.


データは通過点ごとにロボットを完全に停止させて取っているにもかかわらずデカイばらつきだ.
アルミを壁にしたところは特に悪い気もする.反射のせいか?
これもイマイチだ・・・なかなかすぐ実戦で使えるデータが出ない・・・

対象物の追従実験など


今週末はURGとメカの相性を探るため基本的なプログラムをいくつか作り実験する.
ひとつは単純にURGの視界に入ったもののなかから最小距離のものを認識してそっちの方向を向き続ける動作.
もう一つは壁などの直線の角度を検出してロボットの姿勢をその角度に合わせる動作.
結果はいずれもほぼ同じで,あまり精度がよろしくない.
時間分解能はURGの制約から100msecが限界ということでリアルタイムにフィードバックをかけると発散してしまい,しかたなくストップ&ゴーで行った.
壁の角度検出もURGの利点を生かそうと多数の測定点から最小2乗法で検出したにもかかわらず3~4degはバラつくようでとてもオドメトリの補正には使えない.
これではURGを使った非接触の補正は難しいかもしれない.(となると,また度当てでやるのか・・)
うーん・・・今回はイマイチの結果だ.

追従実験の様子はこんな感じ.(MPEG)

誤差の評価

今日はかなり長い距離を走らせ誤差の拡大具合などを確認する.
同じ軌道を何周かさせて全走行距離に対してどのぐらいの誤差が出るか試したところ,
オドメトリベースでは20m以上走っても100mm程度の誤差で収まることが分かった.
これなら補正無しで知ロボの競技場を4~5周できる.

信頼性を確保するため,車輪スリップの限界やスリップ発生時の挙動も調査する.
走らせ続けるとタイヤがゴミやホコリで汚れ摩擦係数が大幅に低下する.
その状態である程度高速で走らせると車輪がスリップしまくるが,エンコーダが横滑りしない限りは基準座標が狂わないので何とかゴールにはたどり着くようだ.
このあたりはエンコーダを別付けにした効果が現れているといえるだろう.



だいたい足回りの実力は分かったので,次はいよいよURGとの統合を実装する.

軌道追従の続き

今日はソフト.
軌道追従の新しいアルゴリズムを試してみる.
昨日試したのはただのオープンループ制御にすぎないため,途中で外乱が入ったりして位置がずれると最後までずれたままになってしまう.
そこで実行ステップごとにオドメトリの位置情報と目標軌道とのズレから左右輪の理想の移動量を計算して位置制御に入れてみたら激しく蛇行してダメダメになってしまった.どうも位置制御のループの外にさらにフィードバックをかけようとしたのがまずかったようだ.

 それならばということで,目標までの移動量を厳密に計算するのではなく,単純に距離と偏角誤差を直接左右車輪の直進量とステアリング量にフィードバックしたら,ソコソコ安定した.
フィードバックは収束させる値と制御量をよく選んでシンプルに.がポイントか.

軌道追従実験

今日から知ロボメカのモーション作製にかかる.
まずは基本からということで足回りの動作プログラムを作成.
あめーば3rdのプログラムも流用しながら3次スプライン軌道への追従実験を行う.目標軌道をあらかじめ与えておく単純なPID制御でゲインを追い込んで様子をみたのが以下.

速度は平均400mm/secとスローで行っている.特に目立ったオフセットは発生していないためO.K.

今回採用したエンコーダ別付けの効果を見るため,次はもう少し長い距離+高速で試していきたい

外装の塗装


今日は外装とアームの一部を塗装してヒレなども追加し全体を完成させる.
当初は透明PET板に内側からのみ塗るつもりだったが,接続部が汚く仕方なしに表からも吹きつけを行ってごまかした.
透明感はなくなってしまったが,まぁ仕方がない.

ハードウェアが一応完成したので知ロボ2009にエントリーを済ませる.
今年は新生テクニカルに出る.
見た目が単純で派手さが少ないぶん,動きで魅せる必要がある.
今回信頼性がテーマではあるが,なにか挑戦的な動きも入れていきたいところだ.

キャスタ部の作り直しなど

今日はボールキャスタを除去する加工を行う.
結局小型ボールキャスタは使えないことが判明したため,家具スベールに戻すことにした.

サイズが若干合わなかったので,最初に試作した外装も再度作り直している.
ロボットが小さいので手抜きするとすごく目立つ.今回は複雑な曲面はない単純な形状だが,
シャープエッジがないか,隙間が空いてないか,左右の対称性は良いかなど,気を配る点がいくつかある.
しかし,そろそろ本体は完成させないといけない.
気合いを入れ急ピッチで作業を進めていきたい.

外装の作製開始



今日は外装の作製.1mmのポリカーボネート板を電熱線で曲げて加工する.
仮組みしてURGのレーザを遮らないか等を確認しながら,カットアンドトライで作製していく.

このロボットの全体像が見えてきた.印象はまずます良好.
去年のネコバスに比べてシンプルなデザインにしたい.
まだ着色していないが,なにかオシャレな色に塗ってみるのもおもしろいかもしれない.
虹色クジラにしてみようか・・・

アーム部分の作製


今日は残っていたアーム部分の作製を始める.
知ロボ対象物のボールは吸い付くような性質があり,うまく把持しないとロックしてしまう.
今回アームは単純な開閉のみにして,先端部にフリーの蝶番を付けてクサビのようにボールを持ち上げる機構.
シンプルだが確実にボールを床から浮かせることができる.
実機の動作は
こんな感じ.(mpg)


メカ,エレキ配線はほぼ終了した.次は外装を作製する.

知ロボマシン 本体作成中


今日は知ロボメカのフレーム等を作製する.
寸法通り部品を加工して組み付けて,ずれたところは微調整して,といった感じで組み上げていく.
本体のレイアウトはCAD図通りまずまずできあがって来たが,配線の取り回しがすごく悩ましい.
メインボードのコネクタの位置と向き,配線経路の大体のクリアランスはCADで作製したが,実際の配線の取り回しは今回も現物合わせ.
ケーブルを通そうとしたら手が入らなかったり,コネクタの差し込みがやりづらかったり・・・
いずれにしても,もはやメカレイアウトは動かせないので空いているところを通すしかない.
この辺もスッキリと事前に設計する必要を感じた.

エンコーダのローラー作製

今日は気合いを入れて再び旋盤を回す.φ15,厚さ3mmのエンコーダホイールを削り出す.
突っ切りと溝入れ加工があるが,材料がPOMなので難易度は高くない.樹脂材料はドライでさくさく削れるのが気持ちいい.

ホームセンターで売っている水道のOリングをはめて完成.

小さいコロコロ

今日は前輪のキャスターについて検討する.
ロボットが小型軽量なので家具スベールではなく,小型のボールキャスターが使えないか検討する.
レイアウト上,取り付け高さを10mm以下にする必要があり,そうなると選択肢はこのプチボールキャスターしかない.

さっそくモノを入手して滑り具合を調査する.
今回は簡単に傾斜法で摩擦係数を測定してみた.(おもりの重量は約1kg.)




プチボールキャスターのほうが家具スベールよりは良く滑る.ただし,いわゆる転がり摩擦のオーダーは期待できない.ボールの回転具合もまぁソコソコの感じで,たまに鋼球が回転しないこともある.
耐荷重200kgって書いてあるけど本当だろうか・・・?

シャフトの加工

今日はメカ.
久しぶりに旋盤を回し,車輪のシャフトを製作する.

市販のM4のねじを削り,上記のように先端にM3のねじ部を付けたシャフトに加工した.
ネジ部は旋盤ではなくダイスを使って手加工でやった.ネジ部の長さを正確に合わせ込む必要があるためだ.
シャフト代わりにM3ネジをそのまま使っても良いのだが,外径がφ2.85とベアリングの内径に比べ0.1ほど小さいのが気に入らなかった.今回せっかく車輪をプロに作ってもらったので,シャフトもそれなりの精度で作ってちゃんと高速回転に耐えるようにしたい.手加工では100分台まで合わせ込める.

できあがったシャフトと車輪を仮のフレームに付けてみると非常にいい感じ.
ガタはまったくなく,回したときの車輪の振れも非常に小さい.

次は足回りのフレームを作製する.
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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