by Dr.Guero

ロボット

New! 自転車に乗る二足歩行ロボット

photo-primerV2


【PRIMER-V2】

小型二足歩行ロボットを自転車に乗せてみました。実際に自身の足でペダルを漕ぎ、 ハンドル操作のみによってバランスを維持します。 これまでの小型自転車(orバイク)では、前輪のジャイロ効果を利用したバランス無制御タイプ (ラジコンバイク/自転車)や、ロール軸で回転するホイールの回転モーメントを利用するものが殆どでしたので、 この自転車ロボはある意味世界初なのかもしれません。

■製作のきっかけ
以前近くの科学館(るくる)に村田製作所のセイサク君を見に行きました。 そのとき「私もこんな自転車ロボを作りたいな」と思ったのがきっかけです。 でも作るなら「人間の様にロボット自身にペダルを漕がせ、ハンドル操作のみでバランスを取る」 方がリアルで面白そう、と考えチャレンジしてみました。

■Q&A
・腰についている針金のようなものは何?
動画に対するコメントでこのような質問が幾つかありましたが、これは撮影当日、転倒したらマズイと思い 急遽取り付けた衝撃吸収用のピアノ線です。
・一人で操縦と撮影をしたの?
操縦は私が、撮影は助手(妻)に手伝ってもらいました(前日、撮影の特訓を行なったのですがどーもこれ以上にはうまく撮れないようです)

         −−−−−−以下技術的な内容−−−−−−
■コンセプト
バランス制御は古典的なPID制御を基本とする。ただ早く安定点に収束 させるには各項(比例項、微分項、積分項)のパラメタまでも変数として関数化する必要がある。 またカーブの切り方にもいろいろな方式があり、更にロボット制御そのものも複雑なので それらを全て実験orシミュレーションすることは殆ど不可能に近い。 (今は感に頼りいい加減に設定している)これを将来的には本HP「創発モデル」 の項で紹介する技術(学習・自己組織化)を利用し、合理的かつ柔軟な動作を自己組織的に 実現したい(今は単なる夢)。その「前段階の実験機」という位置付け。

■主な技術
・バランス制御: PID制御を中心とする独自方式(創発モデルで考案した小脳をモデルとした バランス制御方式も流用)

・方向転換方式: 前記のバランス制御で敢えてバランスを崩すことによりハンドルを切る、技術的に最も 難しくかなり苦心した部分(切り始めの角度オフセット量を大きく取ることで一瞬逆ハンドルとなり、 重心が目的の方向に移動する)

・絶対角度の算出: レートジャイロからの角速度を単純に矩形積分して絶対角を得る(走行中のロール角や ジャイロの基準電位の平均値を求めて補正)

・停止制御: ブレーキが無い為、足を着いて停止する(笑)、足の角度が難しく多少前に突き出すことで 運動エネルギーをロボットの横震度に変えている。足の地上高と、股関節角度と、股関節サーボの電流制限値と、 ロボットの固有振動数との関係が重要、ここがうまく設定されていないと股関節サーボがトルク負けを起こし転倒する。

・ペダル駆動: 単純に固定モーションで足を回すだけでは路面負荷によってペダル実際角とサーボ指示角との間に ズレが生じ、結果サーボに無理な力が加わり、最悪サーボを壊してしまう、これを回避するため ペダルの実際角度に6度程位相を進めて足を回している。 ペダルは実際の自転車にはあるラチェット機構が無い為、前記位相差を遅れに設定するとブレーキ的な効果を得ることもできる。

■主な仕様
全高:415mm 全長:495mm 全重量:2500g タイヤ外径:195mm 
ハンドル切角:45°Max 速度:約10Km/h バッテリ:10.8V(750mAm) 
サーボ:14Kg-cm,0.14s/60deg(17個) ジャイロ:Roll,Yaw 無線:ADバンド 
コントロールボード:自作(コア・SH7125)

■その他
・現在実装されているアクション一覧
@右足をペダルに乗せ、左足爪先を地面に着け発進待機 A左足を地面から離し即ペダルに乗せて発進  B走行速度を変える C両足を伸ばして着地(停止) D停止後、地面を蹴って前進/後退 E腕を振る(左/右) F手を腰位置に置く Gハンドルから離した手をまたハンドルに戻す

※製作にはROBO-ONE on PC 5thの賞金を活用させて頂きました。

         
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photo-ODE

【創発モデル】

人間をモデルとした新歩行方式の物理シミュレーション。
(歩行動作の創発、間接駆動に関する逆モデルの自己組織化、
CPG、原始反射(自動歩行反射)、小脳を模倣した上体垂直制御)
「ROBO-ONE on PC 5th」シミュレーション部門で一部発表、
そのときの説明資料を公開します。

▼ ROBO-ONE on PC 5th (シミュレーション部門)資料


photo-PRI

【PRIMER】

実際の小型二足歩行ロボットに新歩行アルゴリズムを適用。
ROBO-ONE on PC 5th 実機部門の課題(竹馬ロボット)に挑戦しました。

▼ ROBO-ONE on PC 5th (実機部門)資料





photo-MR1

【MR1】

MR1は僅か4個のサーボでニ足歩行(動歩行)を実現しました。
一般のニ足歩行ロボットのように脚部の駆動に10個程の
サーボを使用するものと比べ極めて簡易な構造です。シンプルにするこでと 歩行制御の基本的な要件や問題点がむしろ明確になる、と考え製作しました。

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人工知能


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【ArtificialBrain】

プログラマブルなニューラルネット(自作)を利用し 意識の機能的側面(注目点の排他的特性、先読み・・etc.)や 報酬(快)を求め苦を回避する本能、汎化・統合・カテゴライズ機能などをプログラムしてみました。 また本システムの中心要件、超越論的自己反省(認識手段そのものへの回帰)を意識し追求すべく 処理の対象を主にシステム自身とすることで学習機構・メタ学習機構・・の多重化、自己組織化を図ります。

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-Guero-

・住い: 静岡市駿河区
・Dr.Guero: ドラゴンボール大ファンの妻が付けた呼名
          (ロボット製作に感け家事に協力しない悪のイメージ。。らしいです)