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Xウォーカーの歩行検討

今週末はXウォーカーの構成と歩行パタンを引き続き検討している。

歩かせ方と自由度構成についてかなり悩んだが,結論として2パタンになった。

①移動できる場所を平らな面に限定した場合:
4脚の個別のスライド機構をやめて体幹部に上下1自由度として2脚同時に上下させる。
合計4自由度。平らな面の平行+回転運動を行うことができるが足を引きずるような動きになる。

②凹凸路の歩行も可能にした場合:
脚部7自由度+3自由度アーム(重心補償も兼ねる)。合計10自由度。
アームは回転+水平直動+垂直直動という円筒座標系3軸を体幹部に乗っける。

①は極めてシンプルであるが,不整地対応という歩行機の利点が薄いのはちょっと寂しい。
(足が滑ろうが無理やりやれば乗り越えもできるかもしれないが・・・)
②はやや複雑だが,静止時に安定した足場の上で独立したアーム操作ができる利点が大きい。
対象物を集める知ロボ向きなのは②だろう。

②の歩行パタンの例:




これのどこが機能美だ!
といわれそうな,まるでハリガネムシの集団行進の様相だが,今のところこれが一番現実的か。
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Xウォーカー歩行に難あり

先日のXウォーカーのアイデアの現実性を検討している。

どうもこのままの構成では安定した動歩行の継続が困難なことがわかった。
体幹部に重量を集中させるのはいいが,遊脚の重心補償は必ず必要である。
遊脚のバランスの崩れを遊脚自身で安定化できればいいのだが,進行の方向が安定化のための加速度方向と逆になっていて,遊脚の水平運動では安定化ができない。
また,遊脚を十分軽くすれば安定化はほとんど無しでもいけると読んでいたが,1ユニットに上下スライダ2組の動力を内蔵させなければならない点で軽量化に限界があることもわかってきた。

本体のみでは倒れてしまうとなると,なにか別付けの重心移動手段が必要になる。
自由度を増やさず,遊脚の進行方向と逆側に機械的に飛び出すスタビライザーを付けても良いが,デッドウェイトになる上外観を著しく損ねる。
ハンドを付けて振り回しながら歩かせる方法を考えてみるも,いまいちパッとしない。「機能美」からは程遠いゴテゴテしたものになってしまう。

このままではダメなので,もう少し考えていきたい。

知ロボ用歩行ユニット

今週末は新しい知ロボの移動機構を考える。

新しい歩行機構「Xウォーカー」のアイデア:



この機構は4脚と2脚の中間のようなもので,4脚で言うところの対角2脚が固定され,上から見るとアルファベットの[X]の形で歩行ができる(ハズ)。

特徴としては
・自由度が7と少ないのでペイロードが大きく取れる。
・その場旋回以外はすべて動歩行が必要。ただし,重量のある体幹が支持脚の直線上を動くためZMP誘導にかかる加速度が小さくて済む。
・胴体の概念が無いため遊脚軌道,もしくは別途アームなどを搭載して姿勢を安定化させる。
・対角2脚がリジッドで平面運動しかしないので運動学計算が簡単。

普通の歩行ロボットというと,4脚では1脚3自由度で合計12自由度,2脚のヒト型ロボットでも最低1脚5自由度は要るので全部で10自由度になり,モータ重量が増大し制御も複雑になる。なんとかもっと簡単にならないか,と考えたのがこの「Xウォーカー」である。
こういう発想なので,メカはできるだけコンパクトで軽量に仕上げたい。
接続部の水平2自由度は自走型(モータごと動く)にして接続部に重量を集中させる。
4脚の上下伸縮にはNTNのトルクダイオードとボールねじを使い,小さいモータで自重保持できないか検討中。

まだまだ知ロボに出るためのセンサの配置やら対象物取り込み機構なんかは何も決まっていない。
しかし全体のコンセプトとしては「機能美」みたいなところを出していきたい。
 例えばステルス戦闘機は「敵に見つからないように飛ぶ」ことを追求したら民間の飛行機とはかけ離れた形になったが,あの一種異様な黒い三角形からは洗練された美しさが漂ってくる。
ロボットにもそういうものがあってもいいはずだ。
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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