RCサーボを用いた2足歩行ロボット「Simploid」

製作過程は製作記の方をご覧ください。

概要

二足歩行ロボットです。すり足ではなく、しっかりと足を上げて歩くことができます。2本の腕により自力で起き上がったり前後に転がったりすることができます。

動作の様子(動画)

走っているつもり(Windows Media Video9、409KB)

手動操縦モードで足踏みの周期を短くしていくとこのような動きになります。足があまり浮かない分バランスを崩しにくいですが、平らで固い床の上でのみ可能な動きです。

倒れこみ技1(手動)(QuickTime MPEG4、1.04MB)

二足歩行ロボットの格闘競技を時に盛り上げ時に白けさせた功罪両面のある倒れこみ系の技の真似です。2リットル入りペットボトルを倒します。市販ロボットキットと違い、両腕を直接コントローラーで操縦しています。このマシンは足が短いので転がるのが得意です。

倒れこみ技2(自動)(Windows Media Video 9、369KB)

上と同じく、倒れこむ技です。こちらは指令値を順番に送るごく普通の方法です。足を伸ばすタイミングが異なっていて微妙に異なる技です。

特徴

関節の構成

関節のアクチュエータおよびセンサーにはラジコン用サーボモーター(以下RCサーボ)を改造したものを用いています。 RCサーボの電子回路基板を取り外し、モーターおよび減速器とポテンショメータのみを使用しています。

関節を保持するために、PID制御を主とする制御を行っています。シリアル通信のA/Dコンバータで角度を取り込み、マイコンで計算してモーターに掛ける電圧を変えることで制御を行なっています。

このような自前位置制御をROBO-ONE常連の間では俺サーボと呼ぶようです。

モータードライバを自作することにより、電源電圧をRCサーボの回路耐圧に関係なく上げることができ、カタログスペック以上のトルクと動作速度を得ることができます。

操縦方式

ラジコン用プロポシステムを利用してアナログスティックによる操縦が可能です。 市販ロボットキットのようにボタンのON/OFFだけでなく連続的な量をスティックの操作で伝えることができ、様々な応用が考えられるでしょう。

現在実装されている手動歩行モードでは、重心移動と脚の前後を1本のスティックの縦横で行うようになっています。

技術的解説

電源電圧低下補償付きPWM

パワー系電源の電圧をA/Dコンバータによって常に計測しており、 電源電圧に関わらず出力電圧(平均値)が希望の値になるよう、PWMのduty比に反映させます。 これにより、電池が充電直後で電圧が高めの場合でも発振しやすくなることはありません。また、電源電圧が上がればその分duty比を下げることになるので、電池の直列数を増やすことで動かせる時間を長くできます。