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パラメカ化検討

今日は脚部の水平2関節をパラレルメカニズムで置き換えられないか検討する.

2種類の案を考えた.
ひとつはボールネジの直動運動を長いリンクで接続し船のオールのようにこぐタイプ.
もう一つはシリアル型に単純にリンクをもう1セット追加して根元を2入力としたタイプ.
イメージ図は以下.


直動タイプは2本のボールネジユニットをT字型に胴体に配置し,変位量をてこ式に拡大するもので,剛性が高くモータ側からみたときのイナーシャを小さくできそう.
しかし,シリアルタイプに対して脚先の可動範囲はかなり狭くなる.

もう一方は単純なパンタグラフ型パラレル機構.2コのモータを胴体根元に配置できるのでトルクは2倍になる.リンク数も2倍に増えてジョイント等は複雑になりそう.可動リンクが上下別体になるので垂直方向の強度Downも心配だ.

パラメカにすることで利点もあるが欠点もある.
悩みどころだ.
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次の一手

知ロボが終わり,次の一手を考える.

当面はRideのための技術確立を優先して進めることにする.

・ブラシレスドライバ
ACサーボ化するための電流フィードバックなどを試していく
・ジャイロ
慣性航法のための積分ドリフトの評価,確率フィルタなどの効果確認
・パラレルメカニズム
直列型より有利かどうか等調べる

パラレルメカニズムを使った超高速ロボット


動きがすごくSFチック.もちろん,これと同じのを作ることは不可能だが,パラレルメカニズムは剛性が高く高速だ.
可動範囲などの構成を工夫すれば脚として使った場合に直列リンクよりパフォーマンスが上がるかもしれない.

ものすごく小さいPC

知ロボの景品でものすごく小さいPCをもらった.



マザーボードのサイズが100mm×80mmぐらいで,Windowsが動く.
2mmピッチコネクタからUSBや液晶ディスプレイ駆動用のVGA出力を取り出せる.
(2mmピッチっていうのが・・・)
CPUは1GHzで13W以下の消費電力とある.重量は230gと軽量.
これなら組み込み用としても使えるサイズだ.
せっかく頂いたので,コレを使ってなにかおもしろいアプリケーションを考えてみようと思う.

知ロボビデオのアップロードなど

今日は知ロボのビデオのアップロードをして大会を振り返る.

まずは自宅で撮影したクジラの動画

決勝で最後のデモが出せたのは本当に良かった.(壁に激突もせず・・・)


こちらは予選と敗者復活の様子.



動画は出場マシンのほんの一部のみ.
(なにせ自分もカメラ片手に出場しているので,「オレの勇姿が全然写ってないじゃん!」等のクレームはご勘弁下さい.)
(人物に特にマスク等はかけてません.
製作者も映ってしまってますがYouTubeの画質ならほとんど問題ないかと思ってます.
「これはマズイ,消してくれ」等ございましたら管理人までご連絡下さい.直ちに対応いたします.)

今年の一番のお気に入りはこちらのちび竜くん.

これって,去年の「丘の上のドラゴン」の子供?って一瞬思った.
全体と頭部のバランスが良くてカッコイイ.

今年はチームRUR(東京農工大)の勢いが凄かった.台数もさることながら技術レベルも格段に進化していた.

あと,ビデオの途中にもあるメカがむき出しの2台協調マシン.なんと製作者は中学生.
ありえない...私が中学の頃は野山をかけずり回っていた記憶しかない...
中学生がマイコンのプログラムとか,できちゃうの?
今日びの中学生は恐ろしい.



こちらは2次予選,決勝の様子




今年はルールが変わったテクニカルのタイムトライアルがアツかった.
6コの対象物を取り終えてスタートゾーンへ戻るまでの時間が早いと,最大1.5倍程度のボーナスが加算される.
実際,優勝した「T05 くるとがSHIFT」は50点満点の競技点で70点以上を叩き出している.
決勝で同じ所属の「T06 つかさたん」とのバトルで勝ったのは「くるとがSHIFT」だったが,双方ともすばらしい完成度だった.

 ちなみに私のクジラはスタート時のコマンドに仕掛けがしてあって,任意の個数のボールを取ったらスタートゾーンに戻ってくるようになっていた.
例えばリトライして残り3分だったらあと3コは取れるので3を入力しリスタート.
3個目をゴールに入れたらもう探しには行かずさっさと家に帰る...という具合.
2次予選はうっかり数字を打ち込み間違って早く帰還しすぎたが,タイムボーナスをゲットしてなんとか決勝に進むことができた.

動画の整理など


今日は移動日.長野に帰って撮った動画の棚卸しなどを始める.
とりあえず自分のマシンの決勝の様子は
こちら.(MPEG)(注意!競技全体で7分間, 約50MByteあります.)
(ここをご覧の方はほぼ関係者のみと思いますが,いちおうプライバシー保護のため観客席と審査員席はカットしてあります.)

知ロボの決勝ではインタビューが入り製作者が司会の方や審査員の質問に答えながら自分たちのロボットをアピールしていく.
動きのおもしろさ,技術の高さなどをうまくアピールできると審査員点が加算される.(今年からチャレンジだけでなくテクニカルも同様.)
しかし,私の今回のクジラはGoスイッチを入れたあとも気を抜けないため,あまり気の利いたやりとりをやる余裕はなかった・・・
インタビューに対する製作者の反応具合でも,ロボットの調子がわかってしまうのがおもしろい.

このビデオでは割と淡々と進んでいるが,ほかのステージでは偶然スーパープレーが出たり,リトライの判断ミスで取れるはずの点を失ったり・・・いつも何かドラマがあるのである.
競技者は基本的に最初にGoスイッチを入れるのと,途中どこでやり直しをするか判断するだけだが,上位ではかけひきがあって決勝はものすごく盛り上がる.
この雰囲気はビデオではなかなか伝わりにくい.実際に行ってみないと分からないものだ.

知能ロボコン終了

今日は仙台で知能ロボコン2009に参加。
私のくじらマシンは運良く決勝まで進むことができた。
今日は撮ったビデオを見ながら一人反省会をやる。

1次予選、2次予選:
信頼性がテーマと言っておきながら危なくて見てられないような状況が続き、からくもタイムトライアルのボーナス(ホームポジションでスイッチを自分で押し、タイムウォッチのように時間を計り、タイムが短いとボーナス加算)で次に進んでいる感じだった。
プログラムの処理が不十分な穴の部分に見事に引っかかってくる。「まさか、このパターンはないよね・・」のまさにそのパターンが来た。

決勝前:
決勝前の試走を行う。高速走行させて路面のグリップ具合を確かめる。数値的には摩擦係数が自宅のケイカルボードよりも3割ほど高いと出ていたが、横滑りμはあまり大差ない感じだったので速度UPは行わないことにした。


決勝;
予選、2次予選の不具合修正が運を引き寄せ、リトライなしで一発で成功。
しかし、一見うまく行っているように見えるが、よく見ると実は致命的なエラーになる寸前の回避動作でなんとか凌いでいるシーンが少なくとも3回はある。しかし、ロボットはすべての対象物を取り終え平然とスタートゾーンに帰ってきたのでひと安心。
 その後は前日に仕込んだ高速の定常円旋回とスパイラルシーケンス。これらは競技に全く関係ない完全なオマケのデモだが、ソコソコのインパクトはあったようだ(特に最前列のちびっ子達に)。

入賞発表:
今回は準優勝だった。競技結果よりも中野先生から直接コメントがいただけたのががうれしい。


全体を通して:
高信頼のロボットというコンセプトとしてはイマイチだったといえる。これまでの出場経験を生かして現場で微調整したのがある程度(いや、かなり)効いた感は否めない。
今回の優勝ロボットは一度もミスをしていないというのに・・・ああ言うのを「高信頼」というのだろう。
ソフトはイマイチだったが、エレキ系、メカの精度等はオーソドックスでシンプルなこともあってトラブルはなかった。ここは良かった。
クジラの外装、OLEDの評判は上々だった。いつも低かった「芸術点」が今回高かったのが良かった。
この方向性は今後もキープしていきたい。

今回は作業をやりながらいろいろと迷いが生じてしまった。
100%の再現性を狙うあまりマシンがありきたりの面白くない動きになってしまったとしたら、自分は本当にそれでいいのか?といったことだ。
機械に信頼性が重要というのは間違いないが、これは会社で作る製品とは違う趣味の領域なのだからできればとんがった面白いものが作りたい、という思いもある。
今回はただグルグル回るだけのデモモーションなんかを作ったが、それはそれで楽しかった。
ただのデモンストレーションでも、失敗して途中で途切れたらいやなので、それなりに丁寧になった。
ロボットの信頼性UPのためには、このへんのこだわり心みたいなのが、うまく正の方向に回るようにしなければいけないのだろう。負の方向へ回ると、ただ苦痛なだけになってしまう。(そしてさらには、不安が的中・・・というパタン)

信頼性確保というのは、ある意味製作者の心理戦なのかもしれない。

梱包作業など


週末は知能ロボコンで仙台まで行く.
今回は車でなく電車なので移動時間は短くなるが,荷物はかなり限定される.
簡易的な工具やリペアキットを必要最低限にまとめる.
ロボットを壊さないように運ぶため,台座を作製し段ボール箱を改造してうまく梱包できるようにした.
(写真が木で作った台座)
今回の車輪ロボは長時間放置すると自重でタイヤがクリープし,Dになってしまう可能性があるためちゃんと浮かせて置けるようにした.

さて,本番の試合はどうなるかわからないが,少なくとも搬送トラブルで棄権というパターンだけは避けたいものだ.

UIの整備,自由ボールの得点など


知ロボの宴まであと数日.例年通り時間が足りていないが,できる限りのことはやるつもりだ.
今日はGUIソフトの作成を行う.
スタート指令,途中データの表示などはBlueTooth経由でロボットとやりとりし,ノートPCで管理する.
PC側はターミナルソフトでも良いが,せっかくなのでGUIを使ってクリックした点へ移動させる機能なども追加する.
これらは調整時に役に立つはずだ.

知ロボには自由ボール(テニスボール)があり,テクニカルでは最初に黄色のゴールに入れなければならない.
これがけっこう重量があり,把持したまま高速走行するとフラつきやすいことがわかった.
仕方がないのでゴール直前に設置してすぐ横を通過する際にアームの開閉で落とす作戦でいくことに.
たまに落ちない時もあるが,あとから黄色の対象物を持ってきたときに押し込んでくれることに期待したい.
自由ボールは一種の演技ボールなのだが,今回は歩行型の時のような派手な演出はなし.
なんかこう,華がないなぁ・・・

最高速度での走行実験など

今週末は体調不良でダウンしてしまったが,もう知ロボ行きまで間がないため何とか起き上がり今日から調整を続ける.

先週までの動きではロボットの速度がパッとしなかったため,今日は速度の限界を確かめる実験を行った.

徐々に速度を上げながら試したところ,最も良いコンディションのときに直線2000mm/sec,カーブ700mm/sec程度は出せることがわかった.
また,スタートゾーン(やや引っ込んだ位置にある)から反対側の壁までのスタートダッシュだけなら3000mm/secを超える速度が出た.

動画はこんな感じ.(MPEG)
直線での駆動パターンは三角加速で最大加速→中間点で最大減速に切り替え

ただし,上記はタイヤがきれいなときのビデオで,グリップ力が低下すると約25%ほど加速が悪くなることもわかった.
加減速がきつすぎると車輪が横滑りする.するとビデオの途中にあるようにスピンするか,方向がずれて壁に激突する.
スピンはまだ良いとして激突だけは絶対に避けなければならない.

安全確実に行くとしたら1500mm/sec程度を上限にするべきだろう.しかし,それではあめーば3rdの車輪モードとあまり変わらない・・・

 路面の条件としては,ケイカルボードで作った自宅のインチキ競技台は粉っぽく,すぐにタイヤが白くなって摩擦定数が低下してしまう.もしかしたら実際の競技台(ペンキ塗り表面)ではもう少し条件が良いかもしれない(希望的観測・・・).
競技開始時にスタートSWを押すついでに車輪の空転トルクで簡易的に路面μを測定して最大の加速度を決定していく方針で行きたい.

調整中

今日も少ない時間で知ロボメカの調整を行う.
ゴール付近での位置ズレは,斜め前の段差や奥の壁をスキャンすることで補正しなんとか安定させた.
たまに出るボールの絡み付きや対象物の見失いもできる限り復帰できるようにした.
対象物どうしが近接した場合や壁に密着した場合など,取り逃しはどうしても出る.しかしそこは割り切って動作の再現性のほうに時間をかけたいと思う.

出力は30%まで上げて最高速1000mm/sec程度までは安定して動作することが確認できた.
できればもっと速く,マイクロマウスのような常軌を逸した速度で走らせたい.

対象物の運搬うまくいかず

知ロボまでもうあまり期日がなくなってきた.
今日は取った対象物をその色のゴールまで運ぶ動作を作製する.
ボールは少し勢いを付けてエイヤッと手を離せばコロコロ転がって勝手にゴールにはいるので問題ないようだ.
一方,缶はそうはいかず,ゴール際(穴の縁近辺)までちゃんと持って行かないといけない.
これがやってみると位置がずれやすく,缶が落ちなかったり,ロボットごと落ちたりしてしまう.
かといって対象物を取るたびに壁などにぶつけて位置補正するのはかっこ悪い.

対象物を持った状態でもURGのセンシングが使える利点をなんとか生かして補正をかけてみようと思う.

競技台の設置,細かい調整など

今週末は知ロボの競技台を設置して試走の準備にかかる.
URGの全方位センシングがあるため今年は四方の高さ40mm壁を新たに作製した.


実際の競技台を想定しわざと1mmの段差を作り,通過できるか試したところたまに引っかかって止まることがあった.タイヤ径が設計値よりもマイナスしていることが原因とわかり,車輪ホルダを作り直して車高を調整した.これで微少な段差でスタックすることはないはずだ.

エラー回避処理や各種補正値を埋め込んで最終的なバランスをとる.
ボール取得は対象物無しの検出をするためにエッジ間と距離の積を特徴量としてマッチングをかけることにし,一定範囲の大きさから外れる物体を除外するようにした.
これでボールや缶がないとき,壁をつかみに行くことはなくなった.

車速の上限を確かめる実験もそろそろ始める.
設計通りなら2m/sec以上がでるはずだが・・・

対象物の取り込み_2


今日も知ロボ100%で対象物の取り込みプログラムをせっせと改良する.
ここはとにかく再現性のある確実な動作が求められるため,動作テストと修正を繰り返す.
いいかげんイヤになるような地味~な作業だが,コレをやらずして次には進めないのである.

今の動きはこんな感じ.(MPEG)

途中,赤いボールを取ったあたりでモータがギュンギュン空回っているのは,ボールが接地して車体が浮き上がってしまったため.
まだまだこういうエラーモードに落ちることがあり気が抜けない.

ボールと缶の探索,ディスプレイとの連動


今週末は時間が取れたがあまり作業がはかどらず.
uOLEDに出す画像の作成や対象物の取得などを行う.
今回のディスプレイは動画も出せるが,画面が小さいので静止画のみにすることにした.また,分かりやすくするため文字は使わずイラストのみにする.
背景を黒にすると高コントラストが生かされて抜群の視認性.これは良い.

一方,対象物のキャッチはうまくいってない.
缶は比較的安定に取れるのだが,例によって吸着ボールが悪魔のようにボディやハンドにまとわりつく.
接触してわずか数mm引きずっただけで本体をロックさせるか,跳ねてあさっての方向に飛んでいく.
したがって絶対に接触させず,ボールに対してロボットをハンドの把持位置に寸止めしなければならない.

位置決め精度を上げるため,URGの対象物検出プログラムを改良する.
 単純に距離の最小値だけを見ていたのでは,対象物の距離や種類によってエッジが検出されたり,中心が検出されたりで誤差が大きい.
そこで距離データの微分値を使い,最小距離点をはさむ両エッジ位置を得てより精度良く対象物の中心位置を検出できるようにした.
奥行き方向も物体のエッジ間で平均を取ることでより安定に検出できるようにした.
これでセンシングの精度はかなり良くなったが,F/Bのオーバーシュートや収束誤差がまだ大きい.
位置決めのオーバーシュートでボールを蹴ってしまい,さらにそれを追いかけてドリブルを始める現象がたまに出る.これではダメだ・・・
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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