二足歩行ロボット 歩行再考

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以前製作した二足歩行ロボットをあらためておいじりしたいと思いたちました。

二足歩行ロボット 探訪

 

前回は以下のようにロボットの歩行の検証を実施しました。

 

更に歩行について研究しましたので報告いたします。

 

ロボット復活

以前に製作したロボットは足に使用していた20mmのサーボアームを他の案件で流用してしまったため壊れている状態でした。

 

ここでは手持ちの26mmアームに置き換えて作り直すことにしました。
これに伴って足の部材を大腿と下腿をそれぞれ40mmから46mmに設計しなおして3Dプリントしました。

 

足が若干長くなりましたが動作は前回同様に問題ありません。

 

 

歩行再検討

前回は歩行時の足上げ前に少し地面を蹴って跳ね上げる動作の導入を検証しました。
これによってロール軸のない今回のような簡易のロボットでも重心移動を伴った足上げが実現できました。

しかし実際にスムーズな歩行をシーケンス的に組むと足の跳ね上げは活用せずに、足上げによって機体が下に傾き他方の足が浮いた際に足を前後させて歩くという意図とは逆の歩行で十分であることがわかります。

 

ロボットが必ずしも人間と同じ歩行を目指す必要はないと思いますが、ここでは今後の私の人生を彩りを添えるべく、しっかり足上げをして空中で足を前後させて他方の接地した足で地面を蹴るという一般的な歩行を目指したいと思います。

ロール軸を有するロボットであれば重心移動によって上記の歩行法の実現は容易でありますが、ここではロール軸なしの簡易ロボットでコレを目指します。

IMUセンサの活用

歩行の検討の前にまずは足上げについて検証を実直に進めたいと思います。これまでは足踏みや歩行を周期動作を予め組んで実行しておりましたが、ここではIMU(MPU6050)による姿勢センシングの活用を考えました。

以下では片足上げを周期動作とIMUによる片足上げ動作とを比較しています。

 

IMUによる足上げ動作は以下のように実現しました。

  • 地面を蹴り上げてから機体の角速度の正負が切り替わりのタイミングで足を下げる
  • 機体が平行(角度±数°)になったら再度足を跳ね上げて動作を繰り返す

このようにIMUを活用することで転倒の心配なしに元気な足上げ動作が実現できました。

 

IMUの足上げを両足に展開して足踏みも実現できました。

 

更に歩行にも応用しIMUセンシングによる半自動歩行を試しました。

目論み通りにしっかりとした足上げによる歩行が実現されましたが。。足の滑りなどによってちょっと動きがぎこちないです。

ハードの見直しが必要となりました。

 
 

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機体改良

足の機構を調整して上下の可動範囲を広くしました。
またバッテリ位置を変えて重心を低くしました。

 

再度歩行の確認。足のブレードの底には輪ゴムを接着しました。
かなり目論みに近い足上げ半自動歩行が実現できております。

 

さらに滑り防止や安定性向上のために足ブレードを広くしてみました。

 

広いブレードによって歩行も力強くなりました!

おわりに

ここでは二足歩行ロボットの歩行について検討を実施しました。

ロール軸のない簡素なロボットでのIMU活用による安定した足上げ動作の実現と半自動歩行シーケンス生成を実現しました。
ハード的にも改良を施し足の可動範囲を拡げました。

 

以下で前回までの歩行と比較してみます。

前回まではIMUによる機体姿勢検知は実施しておりませんでしたので、蹴り上げの効果が小さく足上げによって逆に機体が下に傾いておりました (ここでは足下げ歩行と命名)。
ロール軸による重心移動ができない場合はむしろ足上げ歩行の方がスムーズにも思えます。

せっかくのロボットなのであえて人間のような歩行を目指す意味はないのですが、足上げ動作を狙ってIMUセンシングと絡めての歩行が実現できたことは人生の彩りとしては成功かなと考えます。

ロボットによる歩行については引き続き考えていくことになりそうです。

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