2013年12月から始まった競技会「ROBO-剣」のために作ったロボットです。汎用的なアームロボットとしての応用を目指し、色画像および深度画像センサーを用いた自律制御を行います。
| 重量 | 2.3kg |
|---|---|
| 高さ | 47cm(カメラフレームまで) |
| 画像センサー | Softkinetic DepthSense DS325 |
| 制御装置 | ラップトップPC |
| 電源 | 12V |
| 自由度 | 5 |
| 使用モーター | KONDO KRS-6003HV ICS(ギア比変更) |
| KRS-4033HV ICS | |
| KRS-4032HV ICS |
小手(黄色)、面(赤)、胴（青）を打てという指示だけを手動で与えている。
予め人がロボットを手で動かして字を書いた動作を関節角度の系列として記録し、そのまま再現させたもの。ロボット一発芸のために作成。
KONDOのロボット用サーボモーターとその専用ブラケット、自作板金部品を使用。
自由度は根本からピッチ・ロール・ピッチ・ロール・ピッチの5軸(まっすぐ前後に伸ばした状態での軸方向)。
ロール軸はスラスト軸受となるため、KONDOのロボット用サーボのオプション品のアームサポーター4000Aを使用してサーボの出力軸そのものを関節軸とした。
台座は12mmのMDF板および30mmの木丸棒、40mm角の木角棒等を使用して製作。動作の反動で倒れないようにするため、テーブルを吸着する吸盤を組み込んだ。
一部の部品はアルミ板金製で自作。
DS325は外形に合わせたフレームではめ込んで固定。元々フレキシブルアーム等を付けるための2個のM2ネジ穴が空いているが、強度に不安があるため。
「竹刀」をグリップ部分に差し込んでネジで横から固定する構造。鍔はABS板から切り出したものを竹刀に通して一緒に固定。
グリップ部分は3Dプリンタを用いて作成(STLファイル)。 パワーLED基板を取り付けて「竹刀」を光らせることもできるように根本側の空洞と穴を設けてある。
また、筆書き用には別の部品に交換する。ロボットの輸送時に筆を着脱する必要があり、再現性を持って取り付けできるように工夫したもの。
ラップトップPCにロボット用サーボおよびDS325をUSBで直接接続。サーボ系にはKONDOのUSB-ICS変換アダプターを使用。
サーボの動力用電源は12V5Aのスイッチング方式ACアダプタ、あるいは適当な10.8V〜11.1Vのバッテリーを使用。
DS325のカメラおよび深度センサーは校正パラメータがメーカーによって提供されている。ライブラリを使用して画像と深度画像を得る際、コールバック関数にはそのパラメータも一緒に送られてくる。これらを利用して対象物の座標をカメラを中心とする座標系で得ることができる。スケールも物理的な長さと対応させられる。
また一方で、アームの関節同士の連結構造は正確にわかっており、各リンクの長さも実測によって求められる。よって各関節の現在角度が与えられればアームの根本を基準とした座標系（アーム座標系）で竹刀先端の座標を求めることができる。
したがって、カメラの座標系とアーム座標系の間の変換が行えれば良い。スケールは一致しているので、回転と並進の６自由度を求めれば良い。適当な初期値を与え、対応点のペアから誤差最小化により変換パラメータを求める。
また、2017年より、各関節の角度原点オフセットとリンクの長さも一緒に推定するようにした。
キャリブレーション用データとして対応点を収集する作業はロボットが自ら行う。竹刀先端に赤い球をマーカーとして取り付け、 予め与えた様々な姿勢をとりながらマーカーを検出、姿勢(５つの関節角度）と対応させて記録する。
開発中。現在仮設的に竹刀先端と対象物の距離＋αをポテンシャル関数とするポテンシャル法を採用している。
終端姿勢に着目すると、竹刀先端を対象物に位置させるという逆運動学問題である。 竹刀先端を空間の１点にする逆運動学の解は、５変数３拘束条件となるため２自由度を持つ。 関節角度には限界があるため、空間の端の方で局所最適解に陥らないような工夫が必要である。 現状では剣を正中線に構えた姿勢を初期値とすることで、経験的に距離０の大域解が得られ易いよう工夫している。
ROBO-剣競技規則により、「技を出す前に技名を発声する」ために実装。
事前に歌声合成ツールUTAUにより作成した音声ファイルをPCから再生。
2013年12月、登録名「RKS-1」でROBO-剣第1回大会に出場。ベスト４。
2014年12月、登録名「逡巡」でROBO-剣第2回大会に出場。3回戦敗退(1回戦はシード)。制御技術賞受賞。
2015年2月、ROBOT JAPAN 9th一発芸部門に出場、打撃と毛筆のデモ。特別賞受賞。
2015年12月、登録名「逡巡」でROBO-剣第3回大会に出場。2回戦敗退。画像処理技術賞受賞。
2016年6月、登録名「逡巡」でROBO-剣第4回大会に出場。1回戦敗退。画像処理テクニック賞受賞。
2016年8月、「ロボットアーム書道」としてMaker Faire Tokyo 2016に出展。
2017年7月、登録名「逡巡」でROBO-剣第5回大会に出場。第三位入賞。画像処理テクニック賞受賞、Futaba賞受賞。
2018年4月、登録名「逡巡」でROBO-剣第7回大会に出場。優勝、画像処理テクニック賞受賞。
2018年8月、登録名「逡巡」でROBO-剣第8回大会(アーム部門)に出場。優勝。
2019年5月、登録名「逡巡」でROBO-剣第9回大会(アーム部門)に出場。準優勝、知能・シミュレーション賞受賞。
山口 辰久
