倒立振子の再考

アバター画像 お父ちゃん　 2023.4.13　
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先日以下のツイートをみて “なんてユニークな動作なんだ！！”と思い。
久しぶりに倒立振子について考えてみたくなっちゃいました。

 

倒立振子は以前 M5StickCで製作しております。

M5StickC で倒立振子 Blynk でコントロール ー倒立振子への道 4ー

これからだいぶ時間も経ち、リアクションホイールいじりでバランス制御にも慣れてきた現在の私が倒立振子と向き合ったとき いったい何が起きるのか興味がわいたのです。

 

　

モータの検討

冒頭の動画ではサーボでタイヤを回しているようでした。
そういえば連続回転モードを有するサーボモータが手元にあったなと思い、さっそく動作を観てみました。

使用したサーボはLX-224。高トルクのシリアルサーボで上の動画のように連続回転モータモードがあります。
回転が力強い！！

　
ATOMS3からもシリアル信号で制御してみた。

 

倒立振子の製作検討

サーボをモータモードで動かせるようになったので早速 倒立振子を作ってみました。

ATOMS3で制御し、内蔵のIMUセンサ (MPU6886)で姿勢を検知します。

 

簡単な治具を3Dプリントして製作

無事に倒立！
制御はSHISEIGYOシリーズと同様にIMUによる角度と角速度とホイール回転速度に係数をかけてサーボに印可するPWMデューティを決定しています。

SHISEIGYO製作を経て、一晩で倒立振子が作れる人間になりました。
学習は人を強くしますね。

　
更にバッテリを積んでタイヤも良いものを履かせてみました。

 

機体高さやバッテリ搭載で重量が変わったため、フィードバック係数の調整が必要そうです。

ここでホイール回転速度は実速度のセンシングはしておらず直前の印可PWMデューティで代用しています。
あまり意味をなしていない気がするので制御方法を改める必要がありそうです。

 

PID制御

間接的なホイール回転速度のフィードバックはやめて、機体角度の偏差の積分をフィードバックするオーソドックスなPID制御にしました。

安定した倒立動作が実現され、それなりの外乱にも耐えてくれています。

 

移動もできるようにしてみました。

 

高トルクのシリアルサーボLX-224を使用しているため、若干応答性が良くないですが移動も実現できました。

 

おわりに

ここではサーボモータの連続回転モードを用いて倒立振子を製作しました。

LX-224ではちょっとトルクが大きすぎてオーバースペックのため、程よいモータを探して再度製作に挑戦したいです。

また以下のように足も動かせるようにして動作を確かめてみたいです。

それでは また

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