自動制御ヒューマノイドロボット「Spirit」

ロボット競技会用のヒューマノイドロボットです。 競技会のルールのために二足歩行ロボットである必要がある場合だけでなく、本来車両型ロボットを想定しているような競技にも出場しようと考えて作られています。

仕様

写真:ロボット全体像、International Robot Contest 2014の銀メダル

仕様(2016年2月現在)
制御装置Raspberry Pi B+、KCB-5
画像センサーRaspberry Pi用カメラモジュール(OV5647)
姿勢制御用センサージャイロセンサーKRG-4 x2
電源リチウムイオンポリマー二次電池 11.1V 1000mAh
自由度23
アクチュエータKRS-2572HV ICS(股関節ヨー軸とピッチ軸、膝ピッチ軸)、KRS-2552RHV ICS(その他)

構成

機構系

KONDOのヒューマノイドロボット型ラジコンキット「KHR-3HV Ver.2」を使用。脚旋回軸(股関節ヨー軸)を追加。頭を外して代わりにRaspberry Piとカメラモジュールを搭載。バックパックを自作のものに置き換えて制御基板、電源回路、センサーを搭載。

Spriit頭部写真。Raspberr Piボードとカメラモジュールおよびそれらの保護用フレーム。

電装系

制御系は運動制御用と状況認識・判断用に分割した。 運動制御用にはKONDOのKCB-5(ベータ版)を使用。 状況認識用にはRaspberry Piとカメラモジュールを使用。 両者の間はUSB-シリアルポート変換アダプターを用いてUARTにより接続される。

写真:バックパック内のDC-DCコンバータ。 電源は11.1V。Raspberry Piの動作用に5V 2Aのスイッチングレギュレータを使用。自動車のアクセサリーソケットからスマートフォンを充電するための装置を流用した。

ソフトウェア

開発中。現状、入力から出力まで一通り揃えるためにそれぞれのモジュールは簡単なものを仮に作成したところ。必要なタスクを行うため、より高度なものに順次置き換えていく。
要素2014.102014.112015.032016.02計画中
画像取得V4L(OpenCVライブラリ使用)慣性航法装置と連動したフレーム取得
画像処理・認識空間周波数による縦エッジ検出輝度閾値による二値化+連続領域ごとに線らしいかを判別直線エッジ検出交差する場合も含めた白線の検出
状況判断直線の向きと傾きの計算ランドマークから自分の相対位置を計算大域マップ作成、歩行動作による事前確率の利用
行動決定向きと傾きに重みを掛けた1次式+見失ったらその場旋回歩行経路の計画
動作生成3種類の旋回率から選択5種類の旋回率から選択+その場旋回旋回率と速度から任意の歩容生成・遠心力を考慮重心と加速度を考慮したバランス制御

動作の様子

2016年2月 画像認識により障害物の置かれた一本橋の端に沿って歩行

→解説(ブログ記事)

2015年3月 実時間運動生成のテスト

2014年10月 自律走行試験

大会出場記録

2016年2月13日 第28回ROBO-ONE 予選78位(記録242.1cm)。自律賞受賞。

2015年10月 International Robot Contest 2014 ハードル競技およびボウリング競技に出場。ボウリング競技アマチュアリーグ部門第一位。

2015年3月22日 第19回熱田の森ロボット競技会 歩行ロボット部門・2足型の部 に出場。3位入賞。

[第19回熱田の森ロボット競技会 歩行ロボット部門・2足型の部 3位 Spirit 賞状と表彰楯]

2015年3月14日 第26回ROBO-ONE参加。予選48位(記録36.67秒)。

2014年11月、第35回全日本マイクロマウス大会・ロボトレース競技予選に出場。記録:リタイア。スタートゲートを匍匐前進でくぐった後、コースの中程まで到達。

NVSによるインターネットライブ放送の録画(YouTube、広告あり): マイクロマウス2014 Micromouse2014 1stday cam2 05:07:09から

2014年10月、韓国・KINTEXにて行われたROBOT WORLD 2014内のHumanoid Robot Olympics 自律トラック競技およびInternational Robot Contest 2014 サバイバルマラソンに出場。

山口 辰久