Rocker Bogie Systemの最近のブログ記事

久々にDreamPathFinderの製作です。
8月6日のRCIVに向けてカメラの動作テストを行いました。

とりあえずカメラの取りつけ。

カメラの電源はサーボコネクタの仕様にして、CPUボードから電源供給できるようにしました。

操縦用のシステムは、地デジ非対応で使わなくなった液晶テレビと無線カメラ受信機、ロジクール受信コントローラー。
このシステムで10mくらいはカバーできます。

携帯用の魚眼レンズは借止め。
大熊さんから余ったレンズを頂きました。大熊さんの記事で歪みが結構あるらしいのですが、どれくらい使えるものか、これも実験したいと思います。

というわけで、以下の写真２枚がレンズの有無の比較画像。

かなり広角になります。
確かに端の方に歪みはありますが、操縦するにはこちらの方がかなり効果あります。

問題点としては、サーボやモーターのノイズがカメラに乗る点。電源は別の方が良さそうです。
あとカメラとコントローラーがどちらも2.4GHzなのですが、干渉の影響は今のところありません。
後のテストでかなり干渉していることが分かりました。

カメラの方の電波が強いのか、映像には影響ありませんが、コントローラーの方がダメージを受けているようで制御が効きません。
これでは、他のロボットのロジクールコントローラーにも影響が出ますね。
無線LANシステムに変更する必要がありそうです。

先ほどショッカーKAZUHOさんが教えてくれたのですが、Dream PathFinderがニコニコのランキングまとめ動画で紹介されていたようです。

ひょんなことからMCR印のRC-260RAモーターが手に入ったので、モーターをアップグレードすることに決定！

RE-260からRC-260の変更ですが、カーボンブラシの仕様のため耐久が高く耐圧も6Vまで可能ということで、ソフトウェアのリミッターも外せるようになりました。

ついでにタイヤも変更し、スポーツタイヤにすることでグリップ面積を拡大しました。
さらに、ギア比も「47.6:1」から「74:1」にトルクアップ。

走破性能が大幅に上がった”はず”です。

あと、本体取り付け可能な無線カメラも仕入れましたので、近々また動画が作れたらなーと思います。

Before (2011/01/22)

After (today)

先日のホイールの設計はひとまず置いておいて、
現状のDreamPathFinderの改造計画ですが、とりあえずタイヤの接地面積を増やすため、太めのスポーツタイヤを購入しました。
週末にギヤ比の変更と含めて、改造します。

あと、ギアボックスがギアむき出しなので、室外に出すときはそこも何かで塞がないといけないなと。

話は変わるのですが、今回のこのロボットとその周辺の事情について。
まず、製作するきっかけが「ロッカーボギーリンクを作ること」だったので、火星探査機についてはあまり調べていませんでした。

動画の中にも「今はもっと進んだ技術があるかもしれませんが」と書いていたのですが、調べてみると今年打ち上げ予定の火星探査機「マーズ・サイエンス・ラボラトリー」にも搭載されているようです。

さらに、探査機自体も「バイキング」と「マーズパスファインダー」くらいしか知らなかったのですが、10機以上打ち上げられていて、現在も火星の地表で観測を続けているローバーがあるようです。

これらをまったく知らずにロッカーボギーに興味を持ったというのもお恥ずかしい話なのですが、調べてみて純粋に感動しました。
なんだか火星がすごく近くに感じられたような・・・。

Wikipedia「マーズ・サイエンス・ラボラトリー」より

せっかく興味を持ったので、今年打ち上げ予定のマーズ・サイエンス・ラボラトリーも追っかけて行こうかなと思います。

現在のDreamPathFinderはタミヤのギアセット使った時点であきらめていたことですが、

突起したギアボックスがかなり邪魔で、凹凸の多い岩場や、左右のホイール間より小さな障害には効果がありません。

これらはコストを安く上げるために切り捨てた部分なのですが、意外とUMD-280等にお金がかかってしまったため、
もしも、はじめからAX-12+を使って設計していたらどうなってたかなーってことで、30分くらいでちゃちゃっと書いてみました。
（オリジナルのマーズパスファインダーに近づけてみました。）

結構いい感じ。

結果論だけど、コスト的にもはじめからこっちにしといたら良かったかなーとか。

ずっと気になってるんだけど、実際の探査機はどんな機構でステアリングを切っているんだろう。

<23:50 追記>
タイトルが「考えてみた」は不適切と思い、「設計してみた」に変更しました。

Dream PathFInderに関しては使用した材料の金額を集計してきたので、”とりあえず”完成した現時点での中間決算をまとめました。
決算といっても財務諸表があるわけではありません(笑)
単純に材料費を合計しました。

新たに材料として購入したもの。

在庫がもともとあるもの。使い回し出来るもの。

合算すると126,891円でした！！

結構な金額ですね。
正直ステアリング用途のサーボにKRS-2350を使う必要はないので、すべての材料選定を０から行えばもっと削れたかなとは思います。

さて、ニコニコ動画にアップした反響と、随所で頂いたコメントから、やはりタイヤの摩擦不足、速度とトルクのバランスは見直した方がよさそうです。
根本の設計もマズイところは見えてきました。
はじめは作りっぱなしのつもりだったのですが、今は、直せるところを修正していきたいなと思っています。

「ロッカーボギーとは」から「テスト走行」まで、一連を動画にしてみました。
今までの動画と画像をつなぎ合わせただけですけどねｗ

振り返ってみると、ロッカーボギーに関しては枯れた技術の割に、仕組みについて記述されたものがネット上には少なく、論文のアブストラクトが３つくらい検索に引っかかる程度だったので、調べるのに結構苦労しました。

今、googleで検索するとウチのＨＰが上位に表示されるんですが、そのせいで有意義な論文がいくつかgoogleの検索結果から埋もれてしまいました。

いやはや、良かったのやら、悪かったのやら。

走行テストしました。

結構シャキシャキ動きます。
愛嬌で挨拶モーションも作ってみました。
走行中ドリフト気味なのは、操作主の問題。改造すればロボットのサバゲ仕様にも出来る­かな。

悪路の走破能力はちょっと低かったので、調整が必要みたい・・・。
簡単にドリフトするくらい摩擦が低いのも走破性能的には問題です。
とりあえず平地でのテストのみ動画公開です。

設定画面を作りこんでみました。

プログラムはモーターの即値代入とスライダの関数を利用して、アナログスティックベースの操作コマンドを実装中です。

前後進・旋回はだいたい完成しました。

スローラム走行とかアルゴリズムは考えてるんですが、三角関数が使えないのでどうやって実装しようか悩みどころ。

とりあえず、今日中に１本くらいは動画で公開できそうです。

先日ハードウェアを完成させた際にテスト稼働をしたのですが、輻射ノイズが近くのテレビに影響するほど発生しているので、とりあえずノイズキラーコンデンサを設置。

さて、プログラムに入るわけなのだが、まずは定格3Vのモーターに対して出力電圧が7.4Vのため、ソフトウェアの出来るだけ低いレベルでリミットを設定してやる必要があります。

というわけで、こんな感じでRoboVie Maker2の値とデューティー比の対応を調べました。

オシロスコープは秋月で以前購入したやつですが、どうも附属のモニタでは周期がうまく拾えず、附属のソフトウェアでWindows上ではいい感じに拾えました。

ステップは標準のままで、だいたい出力値を-6000〜6000くらいに制限することでデューティー比最大50%弱に制限出来るようです。

徹夜の甲斐もあって、電源をつないでプログラミング・・・の直前まで完成！！
つまりハードウェアの完成。

定格3Vのモーターを7.2Vで制御することになりそうなので、あまりデューティー比上げすぎるとモーター焦げるかも・・・。
ってことで、そのあたりのさじ加減も心配なので、コーディングはシャキッと起きた時に頑張ります。

メイン基板はVS-RC003を採用しているので、プログラム自体は無問題。
スピーカーも接続予定なので、車輌ロボで愛嬌のあるモーションを作るというのも面白そう。

あ、とりあえずロッカーボギーの能力の検証が最優先でしたねｗ

あと今回制作するにあたって材料費をすべて記録しているので、後日公開できると思います。

とりあえず、昨日作成した基板を接続して、本体1段目完成しました。

1段目？？
ハイ。次は2段目です。

このまま寝ずに作業したいと思います。

高知での大会から仕事も忙しくてあまりロボットに時間を割けずにいたのですが、ここ最近、時間が取れるようになったのでまとまった時間でロボット弄ったりしてます。
やはりなかなか、まとまった時間でないと、ゲームや漫画と違って、モチベーションが上がりませんね。

で、作ったのがこれ。

ハイ。
UMD-280を6個並べただけですね（笑）

そして配線。

こっちは結構頑張ってます。
まぁ、頑張って考えたのは設計の時の話ですが、設計の段階で考えていた配線が思いのほか上手く行ったので満足。

週末にかけてハードは一気に作り上げようかなと考えてます。

さて、ロッカーボギーの方ですが、いよいよ回路関係に入っていきます。

もともとの予定ではH8マイコンと東芝のモータードライブICを利用して、回路関係を10,000円以下に抑えるつもりだったのですが、ツクモロボット王国で、近藤科学のドライブユニットが半額以下で売り出されているのを発見してしまい、買ってしまいました。・・・６個ｗ

これはサーボ用のPWMをデューティー比に置き換え、さらにFETも搭載しているので、直接DCモーターに接続するだけでOKというボードです。

このボードを使うことによって、C言語でマイコンプログラムをせずに、ロボット用のコントロールボードで制御することもできるし、H8マイコンでPWMだけで、すべてのモーターをコントロールすることもできます。

今のところVS-RC003でのコントロールを考えています。
（コントローラーとか、音声機能とか、エンターテイメントには持って来いですからね）
一部制御に、数学的な計算も考えていたのですが、どうでもよくなってきましたｗ

とにかく、DCモーターをユニット化して、簡単に扱えるところが素敵なユニットです。
今回は特に半額以下で買えたため、ギアボックスとセットにしてもフリー回転が出来るシリアルサーボ(AX-12)より安く、ロボット用のコントロールボードでDCモーターをぶん回す良い選択肢だと思います。

お疲れ様でした！

疲れてしまったので、活動報告は動画にてダイジェスト。

KO-Linkの調整が間に合わず、急きょエントリーしていなかったBusterGに変更してトーナメントに出場しました。
今回、だうとさんと桃色兎さんがUsteram中継していたので、その画面キャプチャですが、自分の動画を抽出してみました。
右側はBusterG。2ダウン目は直前までロボット起動していませんでしたｗｗｗ

KUMACOも着物姿をお披露目！

ロッカーボギーリンクはちょっとだけ実験しました。
おもしろロボットの枠がなかったので、1日目に少し走っただけでした。

今回、BusterGの腰のモーターが焦げて、KUMACOのコントローラーの受信部が断線して、途中からやることがなくなってしまったのが、残念。

ロボットとは関係ないですが、２日間でかつおのたたきを３回食べました！
うまかったー。

明日、明後日は高知でRoboCountryIV 高知大会〜ロボットミーツ龍馬です。

・・・にも、かかわらずこの1週間仕事が半端なく忙しくってまったくロボット出来ませんでした。
Dream Pathfinderも放置でした。

とはいえ、明日のイベントに出すことは決まっているので、苦肉の策でとっておきアイテムの登場。↓

不本意ながらサーボを殺して、マイコン制御を断念しました。
コントローラー直結のON-OFFのみのロボットです。

本当に不本意。
タミヤの工作セットのラジコンを10万かけて作った・・・みたいな。

とりあえず、今回はこれで、年内にはモータードライバ周りくらいは組み上げたい・・・。

それとは、反対にKUMACOの方は、相方が頑張ってくれました！！

とりあえず、高知でお会いしましょう！！

最近、この記事ばっかりですが・・・、やっと形になってきました。

Sタイトのタップネジすごく便利！

注文中の部品が届いたら一気に仕上げたいと思います。

とりあえず、今日は部屋を一度片づけよう。
そして回路も考えていかないとね。

昨日は、加工済みのパーツをルーターでバリ取りしたあと、”ピカール”でひたすら磨いていました。

はじめの１パーツは1時間くらいかけて、かなり鏡面が出せたのですが、さすがに１４パーツは大変なので残りの１３パーツは結構手抜きですｗ
とはいえ、「鏡面加工」とまでは行きませんが、かなりピカピカに。

あと、ギアボックス残り５つを一気に組み立てました。

今日は、ある程度形に出来ると思います。

あと、カラーさえ届けば、完成まで持っていけるのですが、なかなか出荷の連絡が来ません(汗

ロッカーボギーリンクのこのロボットの名称ですが、「Dream Pathfinder」と命名しました！

さて、機構部分に関しては最後の材料調達。

以下、お買いものリスト。

• M3×10×40本
• M3×6×19本
• M2×4×124本(Sタイトタッピング)
• M3ナット×59個
• 岩田製作所 セットカラー ノーマルタイプ 黒染め SC0605C×10個
• KONDOサーボホーン×3
• KRS-2300ノーマルボトムケース×3個
• φ6アルミ棒×1m

シール材のサイズを設計時から変更しました。（もっとちょうど良いのが見つかりました。）
全部一度にそろえばいいのですが、なかなか全部売ってるところはなく、アルミ棒は近所のホームセンターで買うとして、残りのパーツは3店舗にまたがってネットで購入する予定です。
サーボホーンやケースは、前回の時にヴィストンさんで一緒に買っておけば良かったのに失念していました。（残念）

送料も馬鹿になりませんねー。

さてさて、自分がアップしたレスコンの動画の関連動画に上がっていた動画を見てびっくり。
「救命ゴリラ！S」チームもロッカーボギーリンクっぽい機構を搭載していますね。
これは見落としてました。段差乗り越えのスペック結構高いですね！

さっそく折り曲げしました。

ポケットベンダーすごく便利です！

こんな「コの字曲げ」も楽勝！

寸法もぴったり！

折り曲げない小さな部品もサイズ確認。
（これが１つなくなりましたorz）

全パーツ折り曲げ完了！
全部ポケットベンダーで曲げられました。

ホーザンの曲げ機を買おうかと考えていたことが過去にありましたが、全然これで十分です。
もっと大きいパーツは会社の万力がありますし、でもこの便利さならそれも登場する機会はなさそうです！
良い買い物でした♪

次はヤスリがけをする予定。
その後、アルマイトにするか、ピカールで磨き上げるか悩み中。

入稿してから３日で切削完了して届きました。

早すぎるよ！Vstonさん！！
切削してる間に回路設計しようと思ったのに、その余裕がありませんでしたｗ

ついでに、ポケットベンダーと、タミヤパーツも購入しました！

ただ、残念なこと１つ。
切削した小さな部品1点がなくなっていたこと。
結構ショックが大きいです。
余裕を見て予備を作っておけばよかったのですが・・・。(涙目)

「小さい部品はなくなりやすい」当たり前のことですが、教訓にせねば。

切削データの入稿が完了しました。

切削ルートの確認のメールが届きました。
今回も切削はVstonさんにお願いします。

何を思ったか間違って420mm×330mmで設計してしまったため、入稿しなおした後、足りないパーツに気づいて、結局3回チェックしてもらいました。
お手数おかけしました。

さらに、前回KO-LINKの切削をしたときは余ったスペースがいっぱいでもったいないなーと思っていたので、今回は余ったスペースでKUMACOのパーツを作り、隙間にはスペーサーをたーっぷり配置しました♪
（はたして切削時間どれくらいかかるんだろう・・・。）

ボギーリンクをちょっといじりました。
あと、配線用の結束バンドを通すための穴を開けました。

肉抜きとかどうしようかなと考え中です。

あと、切削が1回で終わるかどうか330mm×400mmの上に配置してみました。

だいたいOKですね。
あまったスペースがもったいないので、なにを切削しようか考え中です。

デフギアを使わない差動装置の設計ですが、シーソーとエンドロッドを利用して解決します。

この方法は、後輩が実際に使っていた方法で、元ネタは海外のサイトにあったらしいです。
（残念ながらサイトは消失しています。画像が手元にありますが、転載は控えます。）

材料はタミヤのロングユニバーサルアームセット （オレンジ）と3mmネジシャフトセットを利用しています。

車体の設計はこれで大方終わりでしょうか。

CAD上での動作検証は今後の課題として、細かいネジ位置などの調整をすればもう切削に出せるかと思います。

しかし、切削を外注で行うと15,000円くらいかかります。
なるべくコストを下げるためにタミヤの工作セットを使う設計にしましたが、なかなか使いどころは少なかったです。
モーター等はあり余りの材料を使うものの、それも含めるとこのロボットにも10万超はかかってる計算になりますね。

やっぱりロボットは高い！ｗ

（・・・でも、アルマイトもしたいなぁ・・・。）

差動装置の設計と思ったのですが、その前に、シャフトをどうしようかと・・・。
これが結構、悩んで時間使いました。

ベアリングのブロックを使おうかとも考えてたんですが、結構高いんですよね。

それで車体も小さいんで、ベアリングまでは必要ないかなってことで、たくさん在庫のあるHSR-8498HB用のフリーホーンを利用して、それにΦ6mmのシャフトを通すことにしました。
固定はRSで売っている一番安いシャフトシールで設計しました。

なんか、それっぽくなってきました！

もう反対側のリンクを設計しました。

こちらはボギーリンクのサーボがJRのR8801になります。
2350と比べると、幅が1mm大きい等、多少サイズが違いました。

左右のリンクの設計が完了したので、サイズの確認に並べてみました。
ついで、制御系のシャーシ部分はタミヤのユニバーサルプレートを使おうかなと思います。

さて、次は差動装置の部分の設計です。

ロッカー・ボギー機構のリンク部分の設計を行いました。

とりあえず、片面。

もう片面はサーボモーターが1つだけJRのサーボが入るんで、別設計になります。
（ちょっと面倒ですね・・・R8801と2350だいたいサイズは同じなんですけどね）

とりあえず、昨日の配置に適当にペンで線入れしてみた。

こんな感じかなぁ・・・。

で、やはり、気になるのは本体とのジョイントなんですが、昨日後輩のオータくんからもアドバイスもらって、「differential Joint」は「差動装置」のことじゃないかと。

Wikipedia「差動装置」より

差動装置のデフギアを用いれば、いいんじゃないかって。

確かにデフピニオンギアを本体に設置して、ロッカーリンクの軸につけたピニオンギアでサンドイッチすれば、本体はロッカーリンクのねじれの真ん中の角度が担保されるよね。

素晴らしい！

そういえば、何気なく見ていた英語版のロッカー・ボギー機構の写真。

Wikipedia「Rocker-bogie」より

よく見ると、まさにそうなっている気がする。

なんか手ごろなギアデフの工作キットとかないかな。
RC用でボールデフのセットはいろいろあるみたいだけど、ボールってことは摩擦だから、緩むと滑りそうだよね。

なんかいいパーツないかねぇ。

実は、他にも教えてもらった回避策もあるのだが、コスト重視で回避策に回るか、実モデルを忠実に再現するか悩みどころ。

一番重要なロッカーボギー機構の設計です。
ちなみに、名称をロッカーボギーリンク改め、ロッカボギー機構に統一することにしました。

まずは全体像のイメージのために昨日設計したものを配置を意識してずらっと並べてみます。

だいたい、完成予定としてはA4サイズに収まるくらいのサイズを想定しています。

それでサスペンションの機構の部分なのですが、論文を見ていると「ロッカーボギー機構」のモデルってだいたいこんな感じ(下図)なんですよね。

「Differential Joint」って結局どんなジョイントだよー。

ってなわけで、実際実機を作った東北大の実機モデルの写真をじとーっと見てモデルを書くとこんな感じ(下図)でしょうか。

なんかラテラルリンクも組み合わせてるんで、ロッカーボギー機構のモデルとはちょっと違った動きをしそうですね。
結局「Differential Joint」が何なのかは分からず・・・

とはいえ、これもそのまま作ったのでは、安定していない状態なので、クシャっとつぶれますね。

結局、どこかにスプリングかダンパーを設置しないといけないのかな。
後輩は確か本体とロッカーリンク部に別のリンクをもう１つ設置してたような。

うーん。
一番重要なポイントなんだよね。

レゴでロッカーボギー機構を作った人がいたのでご紹介

２つ目の動画、どうやってバランスとってるんだろう・・・。

やり始めるとハマってしまいますね。
とはいえ、勢いっていうのも大切なもので、KONDO KRS 2350とギアボックスのブラケットを設計しました。

旋回用のサーボのヨー軸とタイヤの回転軸を直交させ、その直交点の真下に接地点が来るように設計しました。
これで、ヨー軸を回転させたときの地面との摩擦が最小になるはず。

さすがに、今日はここまで。

たぶんシリーズになると思うのでpart.01としてみました。

まずは足回りからということで、既に購入済みの部品

• タミヤ 4速ギアボックスHE
• タミヤ ナロータイヤセット(58mm径)

これらの図面を仕様書を頼りに3D CADを起こしてみました。
内部のギアは機体設計に影響しないので省略。

次はステアリングの足回り。
サーボが４つ必要なのですが、在庫を見るとKONDO KRS 2350が3つと、JR SERVO DS 8801が1つ。
ってことで、今更2350買うのもどうかなってことで、揃わないけれど混在で設計していこうかな。

第10回のレスコンで後輩のメヒャチームが使用していたロッカーボギーリンク機構なんですが、後輩の作品ながら、OBの自分がすごく作ってみたい衝動に駆られました。

・・・で、ついつい買ってしまいました。
６輪分のモーターです（笑

さすがに、タミヤのギアードモーターは高くて手が出ませんでした。
これなら１組１０００円（モーター付き）でお手頃。

組み立てるとこんな感じです。

これをベースに、余ってるサーボを利用して作ってみたいと思います。
とりあえず、CAD用に各サイズ計測開始です。

ロッカーボギーリンクとはなんぞ

• 惑星探査ローバーの不整地走行基礎研究
• 段差適応型全方向移動ロボットの開発 2P1-44-071
• Development of a Mobile Robot for Rough Terrain and Its Evaluation

三宮で行われた第10回レスキューロボットコンテストに後輩（メヒャ）の応援に行ってきました。

後輩たちのロボットは同系の機種が２体で同時に別々に活動を行う方針とのこと。
今回は、NASAの火星探査機にも使われているロッカーボギーシステムを真似た足回りで設計したということで、どんな障害を乗り越えるときでも必ず６輪すべてが接地するリンクになっています。

あと、多軸アームもちゃんと逆運動学を解いているそうで、注目すべきはその２点でしょうか。
昨年同様、ダミヤンのコード識別の画像認識とか見えない所もちゃんと作りこんでいたようです。

ちゃんとダミヤンを２体救助できています。

とにかくコンテストに出場することを目標にしていた自分のときと比べて、格段に技術の向上が見られます。
結果はファーストミッション６位、セカンドミッション３位と、惜しくもファイナル直前の敗退でした。

今回は、カメラを忘れてしまったのでiPhone4で動画を撮ったので貼っておきます。
HD 720p推奨です。