平成２３年度電子システム科課題研究発表会二足歩行ロボット班員石塚貴樹梅津僚太奥山貴晶今野将汰赤間泰輔指導者竹田晴誉目的  ロボットの製作を通して、制御を中心に各種技術を習得する  イベントなどを通して、ものづくりの面白さを伝える  生活や社会に有用な、ロボット技術の研究をする今年度の目標１ロボットの安定性改善（石塚・梅津）（１）平行リンクを使った脚部の設計（３次元ＣＡＤによるデジタルプロトタイプの製作）（２）PWM サーボ→シリアルサーボ化（３）センサを用いた安定性向上２デモンストレーション用ロボットの改善（赤間）（１）犬ロボの安定歩行化とレストア３多機能ロボットの研究（奥山・今野）（１）多脚ロボットの製作（２）スマートホンによる制御の基礎研究４ロボットイベントへの参加（１）保育園・幼稚園などでのデモンストレーション・体験操縦（２）ナガレンジャー・ファイティングフェスタ（１）平行リンクを使った脚部の設計図１平行リンク脚先は動かせないが、地面に対し常に足裏が平行になる。また、高い剛性が期待でき、脚のサーボを 1 つ減らせるメリットがある ■デジタルプロトタイプの製作ロボットパーツの寸法を測り、INVENTOR で３次元ＣＡＤ図面を製作 ⇒オリジナル化のベースとする ①構造解析 ②強度解析など１ロボットの安定性改善 ■今までのロボットは歩行時に倒れることが多く、改善の必要があった。 ○原因 ① 床のすべり具合によって足裏が引っかかったり、滑りすぎたりする。 ② １個のサーボでは少ない「ガタ」でも複数個を連結すると大きく影響してしまうこと ③ ①②の理由からせっかくセンサで補正してもうまく機能しない ○改善策平行リンクにする図２実際の平行リンクとデジタルプロトタイプ（２）PWM サーボ→シリアルサーボ化 ■今までラジコン用サーボモータ ⇒PWM で制御するものが主流現在のロボット用サーボモータ ⇒シリアルサーボ・・・コンピュータとシリアル通信で直接データの受け渡しが出来るシリアル化のメリット ① コマンドで制御する（PWM 発生のためのシステムが不要） ② マイコンボードから直接配線することなく、数珠つなぎにできる ③ 温度や過電流などサーボ情報のフィードバックが可能（３）センサを用いた安定性向上 ■ジャイロセンサ角速度を検出ω[rad/s] ⇒体が傾いたら、その角度を補正 ■加速度センサ加速度を検出 α[m/s2] ⇒転倒方向を検出し、自動起き上がり（ロボットの振動や重力成分があるため移動方向の検出など、動的な検出は困難）２デモンストレーション用ロボットの改善子供を対象にしたデモンストレーション・体験操縦用ロボット図３犬ロボ・小型サーボで非力、自由度は少ない・犬型の頭でキャラクター性大・「ワン・ワン」など音声出力ができる・プレイステーションと同様のコントローラ（１）犬ロボの安定歩行化とレストア壊れやすく、体験操縦もままならない時がある ○原因 ① 重い頭部を搭載したことで重量が増え、サーボに対し負荷が大き過ぎること ② 自由度が少なく（サーボ数が少なく）サーボ１個あたりの負担が大きい ③ ねじ穴にねじを強く締めすぎたり、適切でないものを使用している ○改善策 ① 容量の大きいサーボモータに交換及び配線の引き直し ② 脚の付け根のロール軸を追加 ③ アルミなどの板金部品の修理・交換ロール軸の追加図 4 犬ロボのロール軸３多機能ロボットの研究 ■ 3.11 の東日本大震災では、日本にはたくさんのロボットがあるのにあまり活躍したとは言い難い。 ■ 原発施設内部など人間が立ち入れない箇所における作業ではアメリカの軍事用ロボットや日本のレスキューロボットを改造したものが活躍した。しかし、その活動も限定的だった。 →ロボットの基礎技術を利用し、災害時や日常生活の中で役立つロボットの研究をする（１）多脚ロボットの製作 ■多脚ロボットを他のロボットの比較 ①二足歩行との比較メリット・安定している・可能な動作が増える・凹凸のある場所でも走行可・拡張性デメリット・スピードが遅い・平行リンクの脚部の場合横への移動時は方向転換が必要 ②クローラ（キャタピラ）との比較メリット・小回りが利く・可能な動作が増えるデメリット・スピードが遅い・重いものが運べない４ロボットイベントの参加（１）保育園・幼稚園などでのデモンストレーション・体験操縦 ○あゆかい保育園夏祭り ■多脚ロボットの歩行方法（前進）図５多脚ロボットの歩行方法静的には３点あれば平面は構成され安定する１ ②④⑥の脚を浮かして前方へ２接地している①③⑤を後方へ３１、２の方法で、 ②④⑥ と①③⑤を入れ替えて繰り返す図８（２）ナガレンジャー・ファイティングフェスタ図９図６製作した多脚ロボット（２）スマートホンによる制御の基礎研究 ■スマートホンの携帯性、操作性、通信機能やセンシング技術を応用したロボット制御の研究 ⇒応答性も高く、高い精度のセンサ出力が得られることが分かった。しかし、今回は加速度センサ等のセンサ出力に止まった。図 7 センサデータ出力あゆかい保育園夏祭りナガレンジャー・ファイティングフェスタ感想・反省  イベントで楽しそうに子供が操縦体験などをしているのを見ると、嬉しい気持ちになった。  子供たちに直接ロボットに触れてもらうことで、工学の技術について関心を持ってもらうキッカケとなったら嬉しい。  休みの日にも活動したり大変だったが、様々な技術を学ぶことができ、有意義な活動だった。  ロボット製作に取り掛かるのが少し遅かった。まとめ  ねらいの通り、平行リンク化によって剛性が上がり安定した歩行をすることができた。また、大技などよりも歩行が一番バランスを崩しやすく難しいことが分かった。  デジタルプロトタイプの作成は非常に時間が掛かるが、構造などを３次元的に検討しながら設計できるので、非常に有効なものであることが分かった。  犬ロボは機敏な動作ができるようになった。サーボのトルクアップの効果は大きい。  多脚ロボットは平地での歩行方法の研究までになったが、階段を上る場合など、高さのある場面でも多脚ロボットは有効であると思う。また、安定して動作し拡張しやすいのでカメラの搭載やスマートホンを使った拡張など、これから様々なことに使えると思う。ナガレンジャー・ファイティングフェスタ（２月４日）では上位の成績を残せるように、ガンバリマス！ご協力頂いた方々・西置賜産業会・マエタテクノロジー・リサーチファンド・荘内銀行ふるさと創造基金・長井工業高校吉田康輔先生犬ロボの洋服提供梅津由紀さん犬ロボの洋服提供伊藤栄子先生犬ロボのＴシャツ縫製電子システム科の先生方ありがとうございました！