明日の設計図

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　三本足の重心を上方に移動した。

重心が低いと絶対に足を挙げた歩行ができない。ということが長らくモーションづくりをしてわかったようだ。

よって現在は、足を上げて、前に進むことができるようになりました。しかし、関節トルクが無くて、グラグラグラが続き続けています。どうしようもないです。問題はそれのせいで、出力軸側と、フリーホーン側で、ぜんぜん違う挙動を示して、だんだん傾いてきて、そのうち倒れます。

つんのめるという感じが正しい表現かもしれません。

ところが、もーっと面白い物が見つかってしまった。

なんだこれ

楽しくなってきた。しかし、歩行しないからだめだ。

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大きなロボットを作る？

　大きさと丈夫さについて考えよう。

物理量はメートル、秒、キログラムです。
体積はメートル・メートル・メートルです。
密度は（キログラム）÷（体積）です。

体重を支える部分のパーツはながさＬ（メートル）と厚みＤ（メートル）があります。
適当にロボットの大きさの幅はＳ（メートル）とすると、Ｌ（メートル）はＳ（メートル）に∝します。
そして、ロボットの重さはＭ（キログラム）とすると、Ｍ（キログラム）はＳＳＳ（メートル・メートル・メートル）に比例します。そしてＭ（キログラム）はＬＬＬ（メートル・メートル・メートル）に比例します。

パーツにかかる圧力Ｐ（ニュートン÷（メートル・メートル））は、パーツの断面積Ａ（メートル・メートル）に反比例し、ロボットの重さＭ（キログラム）に比例します。つまりＭ÷（ＤＤ）です。
圧力が大きくなるとパーツは壊れます。

素材がおんなじである場合、壊れないためには重さＭ（キログラム）と断面積Ａ（メートル・メートル）は比例しないといけません。

ということは

断面積Ａ（メートル・メートル）すなわちパーツの厚みＤＤ（メートル・メートル）とパーツの長さＬＬＬ（メートル・メートル・メートル）は比例しないといけません。
つまりＤ（メートル）はＬｌ（メートル・メー）に比例しないといけません。そうでないと壊れます。

ということは

大きさが百倍のロボットを作るときは、パーツの長さが百倍で、厚みは千倍必要になります。

おーこいつはたいへんだ。

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もう少しで6時

　自宅には、高校時代から買っていた雑誌がたまっています（ガンダムとか多い、月刊誌です）。

　捨てるのが惜しい→めんどくさい。

　なので、利用します。統計的？な考察をしたいと思います。

まあ、小さくて見えませんね。たいていの場合はクリックすれば大きくなるんじゃないでしょうか。

ページ数（枚）厚み（ｍｍ）値段（￥）
です。
計測方法
ページ数：
一番最後の目次にある最後の見出しのページ番号
厚み：
ノギスで挟む。保存方法とかによって結構変わるよね。
値段：　
税込み。

2005年4月号から2006年3月号までです。
このときは景気がよかったんですね。
今より安いです。

とまあ、こんな感じでやります。そのうち現在までまとめて掲載します。

データの取り方についてアイデアがある人はコメントください。
このテーマが飽きたら、捨て始めようと思います。

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驚くべき時代ですね

　驚くべきことですが、視聴率が4.9か。しかし、週間ジャンル別１０にランクインできてない。

　ま、そんなもんか。

　
　最近ネットらじおを聞くことが週1ぐらいの頻度で発生してますが、ひとつ気づきました。
　聞いてる途中で別タブで、スクロールバー動かすと音がとびます。

　しかし、別ブラウザのスクロールは大丈夫でした。
　よかった、よかった。

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まだ・・・いや、もうか

　気の抜けた日々を送り始めている今日この頃です。そろそろ腹をくくって頭を入れ替えないと。

　そして最近思いついたのですが、自宅でも作業したいと思います。なので、その環境を整えようかと思い始めました。つい先日、知り合いから安定化電源をひとついただきました。これで何とか、うまい具合に回路実験用の、電源とか、充電器用の電源とかにできたらいいな。と考えてます。

　まずは部屋の改装からです。

　Gガンダムって面白いです。
　ガンダムって寡黙、と考えて大丈夫でしょうか。

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お疲れ様でした。

　芝浦工業大学のロボフェスに行ってまいりました。

　うまい具合に動いたので、シングル3位という初めての入賞を果たしました。

　皆さんお疲れ様でした。

　苺のことから、ピルクスって会社を知ったので、調べてみたらよさそうなものが売ってました。

　でもぼくには使い方がトンとわかりません。

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衝動づくりするのこと

　今日は日曜日、特に何もしない。

　いま外ではけるズボンが1着しかない。という状況なので、駅前で服を買いました。すそ上げをお願いするのがなんと言うか、気が乗らないので、そのまま買ってきました。20センチまくります。

　ある研究室で箱イスがあります。キャスターで動きます。イスの下の空間が荷物置き場になります。
　これは、うちにも1つ！ほしい！！
　と思いました。なので作りました。

　直射日光の中20時間。

よくできました。
40センチぐらいの直方体です。
とは世辞にもいえない。

ですがすわれはします。かつての本棚のように、オール百均ではなく。ねじとカグスベールが100均一です。

もちろんただの箱ではなく、ふたの付いた入れ物です。

とりあえず今は、拾った”小粋なかばん”が収納されています。

使われた材木は、10年も昔に、親が、隣のうちとの間に垣根を作ろうとして、買ってきたものです。（垣根は未だに完成されていない。・・・凍結。）

後はホームセンターに行って、なんか、ふかふかしたものを、ふたの上に取り付ければ、カンペキ。

　

　SKKのよい子は、ロボットを作ろう。

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いつの間にやら、

　5月となって、春の終わりです。そして夏の始まりとなりました。

ところが、始まりどころではない。
先週ぐらいから、あついなあと思いながら部屋の温度計を見てみると「25度」。
ちなみにいまは「24度」。

今のところ、自分のへやに扇風機もクーラーもないです。

「1位、2位で入ってしまったか。26年ぶりか、これが時代か。」

この前まで、春だというのに、この寒さみたいなことを考えていたのに。
今では授業中に汗がにじむ。

大会まであと一週間がんばっていこう。

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Adel論　序説　続

　足裏について・序（前）

　ホビー二足では、足裏は足の長さによって制限されている。大きくすることで、動きが安定するからであり、当然十分な大きさがあればロボットは転倒ができなくなる。もちろん大きすぎることで、動きの軽快さなどが失われることはある。
　人と比べると動だろうか。人間の足裏は、つま先からかかとまで、股下から地面までの3、4分の1である。つまり、ホビー二足と比べると小さくなっている。
　また、ホビー二足の足裏は金属や樹脂、木材などの素材がある。これは、人間に比べだいぶ硬い素材である。この状況を自分で考えてみると、足裏には、アルミの板が付いている。それも週刊誌ぐらいの大きさ。そして、骨に直接固定されている。この状態でフローリングやタイル、アスファルトを歩く。とても歩きづらそうである。

　一体どうして歩きづらいのか。
　まず足を持ち上げないと歩き始められない。そこで問題になってくるのは足裏の大きさである。大きいので、床に対して傾きが少しでもあると、少し持ち上げただけではかかとや、つま先などが接した状態になる。それに比べ、足裏が小さければ、少し足を上げることで床から離れることができる。足の一部が床に接した上体であるときは、床からの反力がある。つまり、それによってバランスが崩れることがある。足裏全体で接しているときに対し、つま先やかかとでは、体の中心から離れた位置で反力を受けることになるので、ちょっとした回転モーメントを生じさせてしまうことが容易にわかるだろう。
　次に着地である。着地についても、足裏の傾きによって、つま先や、かかとで着地してしまうことが考えられる。またそれは、足を上げるときに比べ、足裏の素材が硬いことから、はるかに大きな衝撃となって、ロボット全体のバランスを崩す要因となる。それに比べ、やわらかい、皮膚や脂肪からなる足裏では、つま先や、かかとのような端から着地しても、変形することで、衝撃自体を緩和し、より足裏内側で着地したような位置に負荷がかかる。
　さらに足裏の硬さは、着地時に跳ね返るという可能性を発生させる。普通に考えてみてほしいプラスティックの定規をつくえにぱしぱし当てると、一回当てたつもりでも、細かいを多が連続で鳴ることがわかるだろう。つまり、足裏の硬さによって、足全体に、細かい振動を発生させる原因となる。これは、連続で歩行していった場合、着地のたびに蓄積され、着地瞬間の足裏の状態や、全身の動きのバランスに影響出す。このような考え方は、物理の弾性係数によく関係する。変形なしに跳ね返ることを完全弾性衝突、変形しきって跳ね返らないことを非完全弾性衝突という。

　モーションしたことによってロボットはどのくらい不安定になり、どのくらい移動しているのかを考える。たとえば、自分が、3歩歩いてみる。最初の位置から、どのくらい移動しているだろうか。歩幅はどのくらいだろうか。これについては、股関節周り、膝、足首の回転量や移動量が把握できれば正確に値が計算できるだろう。しかし、ホビー二足においてはそのようには行かない。移動ロボットなどでも用いられるオドメトリ（デットレコニング？）と比較してみると理解が早いのではないだろうか。オドメトリでは、主に車輪の回転数によってどのくらいどこに移動したかを計算することである。これを使えば、地球一蹴も道筋を決めれば進んでいけるというものである。だが実際には、そんなことはできない。なぜなら、車輪が回転したからといって、その回転角かける半径分の円弧の長さに進むとは断言できない。路面の凹凸や、状態によって、車輪が接地していなかったり、滑ってしまったりすれば、すべておかしな数字になってしまう。つまり二足歩行においても同様のことが充分に考えられ、またより滑りやすいものである。ホビー二足が歩いているところなどご覧になったことがある人はわかると思うが、フローリング上で樹脂の板などが移動すれば、当然のことながらすべりを発生する。これは、上記オドメトリなどを考えるときに大きな壁となるが、必ずしも、バランスの安定の邪魔になっているわけではない。「足リンクについて」に述べたように、足裏が床面に接触するときは、大きく目標からずれている可能性がある。そこで足裏が滑らないと考えると、足が床についてから、思いっきり床面を蹴飛ばすような力を発生してしまうことがわかるだろうか。その力の成分は大体鉛直上向きと、床面に沿う摩擦力である。前者は足間接の単なる負荷トルクとなるが、後者は、床に着地した瞬間に足払いをかけられたようなことになる。つまり、重心から最も遠い点で、力を受けるので、とても大きな回転モーメントを発生させる。当然ロボットは即転倒する。また転倒しなかったとしても、ロボットは目標の移動距離とはだいぶ違った位置へと移動する。
　ここで、すべる場合をはどうなるか。基本的に動摩擦係数というのは静止摩擦係数よりも低いことや、つま先やかかとなどの端がぶつかってから、若干のすべりの後、足裏全体の着地となるので、結果として、目標からの足裏の傾きによるずれは緩和されることがある。
　もちろん、すべりの強さによって、同様のモーションでも全体としての速度は大きな差が生まれる。さらに同じ速度で移動していてもすべり具合によって、移動距離が変わる。簡単に考えれば、ローラシューズをはいて、すぐに走り出せるかといえばそんなことはなく少し助走のような、加速期を持たなければならない。減速も同様である。

　このように足裏の素材は人に比べ、だいぶ違った様相を示す。人の歩き方をまねたとしてもそれはホビー二足にとっては、無駄の多い歩き方であることが考えられるので、注意して素材を選ぶ必要があるし、摩擦係数などは、床面の状態によっても左右されてしまう。こればかりは場数を踏んで記録をとり、よさそうなものを選定していく必要があるようだ。

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Adel論　序説

　今度芝浦の大会に出ることに決めました。以前もAdelの足の改修が進んでいることを報告しましたが、それに伴うモーションの変更も進んでいますので、そこらへんを文書で書いていきます。

　足のリンクについて・序

　すべてのモーションについて重要なのは、足である。二足歩行であるから、歩行による移動、バランスよい攻撃、などに大きくかかわってくる。最近の、ホビー二足では”平行リンク”よく用いられる。これの利点としては、まずサーボの数の減少である。ピッチ方向の姿勢の微調整は、できなくなってしまうが、それは自由度の減少であり、理論上回転方向のガタやぶれというものがなくなる。もちろん理論上であるので、フレームのたわみや、ギヤのバックラッシやリンクのガタは残る。しかし、ピッチ方向におけるモータのトルク不足による振動や、不安定感に関しては、著しい効果があるようである。
　だが、前方への移動等のモーションには前後への加速度運動となるので、ピッチ方向への振動が発生しやすい。そのため、多くのロボットは足首や、股間付け根の足のピッチにジャイロによる角速度のフィードバック安定化制御をしている。それにおいては、平行リンクは対応することができない。一部のロボットでは”独立ピッチ”という、足首や股間の付け根に軸を配置しているものもある。
　このことから、現在のホビー二足においては、シリアルリンクの足も残っている。シリアルリンクのロボットは平行リンクと違いたいていは空間6自由度を持っている。つま先立ちやかかとに重心を持ってくるようなことも可能である。フレームパーツ数が少なくてすむため、設計が簡単で充分な考察をすることができるし、フレーム自体の重量は減らすこともできる。しかし、シリアルリンクでは平行リンクのように拘束されないのでサーボのトルクの影響がもろに出てくるし、負荷がかかり続けるので、多くのエネルギーを消費する。それによって、サーボの保持性能によって足のガタ、目標からのずれが顕著になる。基本的にサーボモータというのは負荷を受ければ若干であるが偏差を持ってしまう。

　以上のようなことが足の設計では重要な要素となってくる。

　次に考慮しておかなければいけないのが、移動モーションの考え方である。基本的にホビー二足はRCサーボモータ（以下サーボ）を各関節アクチュエータとして用いる。つまり、全体の状況を考慮したモータのサーボ制御は基本的にはできない。それぞれが勝手に位置制御なりを行うことになる。
　つまりプログラムで命令してやるものは結局目標角度である。目標角度の離散データを単位時間当たりに命令していくことになる。その命令に対して、サーボは最大の出力を持ってその角度に行こうとする。よって、モデル化するのが簡単なのは運動学レベルである。サーボの応答速度がある程度判明しているなら、それの可能な範囲で、位置の変化を命令してやればいい。ということになる。したがって、単位時間ごとに行くべき足先の位置から、各関節角度の導出を行い、命令する。これにより歩行制御ができる。

　結果として、二足歩行ロボットには設計上のガタと、理論上の目標位置がどのような関係になるのか。という事柄でモーションの作りこみ具合が変わってくる。設計によっては、ガタが大きくなり、各関節に付き発生することになると足先の位置というのは、足の長さに比例してずれてしまう。たとえば足の長さが15センチ程度あるとして、股関節の角度が3度違うだけで、1センチ程度の目標位置のずれとなってしまう。これが、片足が浮いているときなどを考えると、両足支持時に比べ負荷を増え、そして浮いている足先の位置は地面についている足から考えると2センチ以上のずれが発生してしまうことになる。
　この程度のずれがどのようにモーションに影響するか。ROBO-ONEのレギュレーションによると、足裏の長さは、2キロ以上のロボットで、前後7センチ5ミリ、左右4センチ5ミリ、となる。これは目標位置に足裏の中心が来るように目標位置の設計してやった場合、片足浮いているときから、足を付く瞬間には足裏の外周あたりが目標位置になってしまうことがわかる。また、足裏の着地角度も6度以上のずれが考えられるので、床面からの足裏射影は0.5ミリ程度のずれが生じる。こうなると、着地した瞬間の目標位置は足裏外周から2ミリ中心へ移動したところとなる。こうなってしまうと、目標としていた、足幅や、移動速度と大きな差が生まれてしまう。

　このような諸事実から、ホビー二足の理論的な制御と現実の違いが陽に理解できると思う。すなわち、足リンクの設計によって、制御手法が決定されてしまうということ理解できるだろう。このことをよく考えながら、設計を進めてもらいたい。

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