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マイクロサーボでロボットアームを楽しむ

以前、製作したロボットアームを低価格で使いやすいマイクロサーボでも作ってみました。

自作コントローラで制御 ーロボットアーム自作への道5ー

 

 

動作

早速動作をご覧ください。前回同様にコントローラで制御しています。

 

ダイソーのお絵描きボードに固定して字を書いてみました。
トルクが足りず消去ツマミを引き戻すのは難しかったです。

 

 

構成

構成はサーボの種類が異なるのみで 前回と同じです。
コントローラは可変抵抗で構成。

部品

  • Arduno UNO

     
  • マイクロサーボモータ

     
  • 可変抵抗 10kohm

 

マイクロサーボ

マイクロサーボはトルクも機械強度も小さいです。
今回ロボットアームを作るにあたり機構に工夫を凝らしました。
治具は3Dプリンタでこしらえました。

 

 

 

スムージング

Twitterで面白い施策が紹介されていました。

 

制御信号に対してLPF的な遅れをもたせてサーボで生物的な動きを実現するものです。

 

早速ロボットアームに導入して比較してみました。

機械的な急峻な動きが緩和され、生き物のような柔らかみのある動作が実現できました。

 

 

1軸 姿勢制御モジュール の筐体製作 ーリアクションホイールへの道5ー

前回M5Stack ATOM Matrixと内蔵の慣性センサMPU6886でモータ制御するところまで確認いたしました。

ここでは1軸姿勢制御モジュールの筐体を作りこんで
簡単に動作確認を実施いたしました。

 

筐体製作

1軸姿勢制御モジュールの筐体を製作します。
筐体は3Dプリンタで製作いたしました。

モータ寸法

モータの寸法はAliExpressのモータID-549XW 販売ページ と実機計測で把握しました。

Fusion360設計

Fusion360で筐体設計いたしました。

M5Stack ATOM Matrixもきっちり収まるように設計いたしました。

3Dプリント

ANYCUBIC MEGA-Sで出力いたしました。

 

モータとM5ATOMと一緒に組み立てます。

 

動作

前回 とほぼ同じコードと配線構成で動作確認いたしました。

とりあえずモータ電源なしで動作確認

 

モータ電源12Vを印可して動作確認。

やはり単純に傾きに比例して回転させる制御 (P制御)では立ちそうもありませんね。。。

しかし筐体はバッチリできたと言えそうです。
とてもかわいらしく製作できたので、この子をSHISEIGYO-1 (シセーギョー ワン)と名付けました。

 

おわりに

1軸姿勢制御モジュールの筐体が完成いたしました。
次回以降でしっかり制御を学んで倒立の実現を目指したいと思います。

それでは次の道でお会いしましょう!

自作ロボットアーム動作の 記録・再生 機能

以前 自作ロボットアームを自作コントローラで制御するというものを紹介させていただきました。

自作コントローラで制御 ーロボットアーム自作への道5ー

実はこれには動きをレコードして再生する機能も追加しており、上の記事の最後にサラッと紹介したのですが、詳細知りたいとのありがたいコメントいただきましたので
その ありがたみをガソリンとして記事記載させていただきます。

 

 

ロボットアーム動作レコード機能概要

Arduino IDEのシリアルモニタでr入力で動作を記録を開始し、もう一度 r入力で記録を停止します。
記録時は接続した赤LEDを点灯させています。

p入力で記録した動作を再生します。

ここではArduino UNOを使用しているので記録時間はUNOのメモリ量に依存します。

記録・再生以外の時はロボットアームはコントローラの動きに追従します。

Arduinoコード

ロボットアーム構成

ロボットアームはPWMサーボを3つ使用したもので、それぞれの角度を可変抵抗で制御します。可変抵抗はBカーブの10kohmを使用しました。

部品

  • Arduno UNO

     
  • サーボモータMG995

     
  • サーボモータDS3115

  • 可変抵抗 10kohm

     
  • 赤LED

 

コントローラは3Dプリンタで製作しました。

オリジナルプロッタ eddyWrite の分解能を向上

前回 製作したオリジナルのプロッタ eddyWrite  (エディライト) の分解能の向上を実現しましたので報告させてください。

クルクルプロッタを自作 eddyWrite (エディライト)

 

スクリュー

前回は半径方向の分解能が16、回転1周の分解能が100でプロットを実現しておりました。

スライド部に利用したドキドキクレーンゲームの移動がリニア出なかったため、半径方向の分解能が稼げなかったのです。

ドキドキクレーンゲーム
価格:440円(税込、送料別) (2020/2/23時点)

楽天で購入

 

以下はドキドキクレーンゲーム内のスクリューです。
要所要所にまっすぐなポイントがあるので断続的な移動になってしまいます。

 

 

そこで3Dプリンタでスクリューを作ってみました!

参考:アルキメデスの螺旋の作り方を教えてください

オレンジ色のが3Dプリントしたスクリューです。

らせん構造により連続的な水平移動が実現できました!
3Dプリンタ最高!!

 

ステッピングモータ

ステッピングモータはステップ数400のST-42BYH1004を使用しております。

前回はステッピングモータは以下のモータドライバの資料を参考に制御しておりました。
 http://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/AE-DRV8835-Ss.pdf

ここではArduinoのStepper Library を使用してステップ数を指定して制御し2ステップずつ回して、回転方向の分解能を200としました。

参考:Arduinoでステッピングモータを制御してみる

 

動作

スクリューのカスタマイズとStepper Library の導入で
 半径方向の分解能:16 → 100
 回転1周の分解能:100 → 200
を実現できました!

 

いい感じ!

元画像は以下w

 

解像度と共に描きあがる時間も増加します。分解能 半径100、1周200で10分くらいかかりますwww
 

おわりに

スクリューの改造とステッピングモータのステップ数指定による制御でeddyWriteの分解能の向上が実現できました。

おもちゃのクレーンゲームの機構をまま継承しているため、ペンの紙への接地にいい感じの遊びがないのが課題といえます。
現状は使用しているフェルトペンのペン先の柔らかさで接地のマージンを受け持っていただいております。

なんかバネ的なクッションが欲しいのと、垂直にストンと接地させたいところです。ソレノイドなんかがいいのかな?

eddyWriteも道として続きそうだぜ

追記

ほっほっほ 大臣 (2020/3/7)

河野太郎 防衛大臣に ほっほっほ。をいただきました。
誠にありがとうございます。精進いたします。

PovRanian の筐体を3Dプリンタにて

昨年末に購入した3DプリンタでPovRanian の筐体を作ってみました!
今までは木とか金具で構成していたので。。。

 

 

回転部

今回は満を持してFusion360で設計することといたしました!

マイコンやフォトリフレクタの3Dモデルも販売元から提供されており設計の助けとなりました♪

 

 
めちゃくちゃ試行錯誤して製作を進めました。。。

 

うまいこと中に詰め込み配線

 
回転部完成!

 
黒フィラメントでシックに仕上げました。

乾電池

電池もスマートに内蔵したいと考え電極を購入し、電池ボックスの設計も実施いたしました。

これまた試行錯誤して、なんとか電極を固定し単三電池をピッタリ入れるボックスが作製できました。

 

取っ手部

試作機1号

電池を持ち部分に収納する形で製作してみました。
DCモータもネジ穴を設けてきっちり固定します。

 
乾電池4本を並列に配置しましたので取っ手が太くなり過ぎました。。。

試作機2号

電池を2直列2並列に配置するようにして取っ手を細く持ちやすくしました。

 
また電源スイッチにラッチスイッチを採用しました。

試作機3号

各種微調整し、電池の極性を明示するためにケースには文字を入れてみました。

 

 

モータ収納部が円形のためか出力の際にベッドから離れて反ってしまうことがありました。

 
これはモデルを下敷き(ブリムというらしい)の上に出力することで解決しました。
意外にもブリムは簡単に取り外しできました。

 

おわりに

正月休みのほぼすべてとその後も仕事終わりに深夜まで夢中になって、筐体設計を頑張りました。

ツールの使い方から学習し、さらには形状によって変わりゆく3Dプリンタの出力具合いに悩み 試行錯誤を繰り返しメチャクチャ時間を使いました。

そのぶん木や金具を組み合わせていたのとは比べ物にならないほどに狂おしい新生PovRanianが爆誕しました。

引き続き3Dプリンタで色々なものを製作してゆきたいです!

 

レシピ販売

ShopでPovRanianの製作レシピの販売を開始しました。

レシピは 全22ページ 税込み¥500です。
筐体3Dモデルとサンプルコードは以下リンクで無料でダウンロードできますのでデータだけでもDLしてみてください。

PovRanian の製作レシピ

 

自作コントローラで制御 ーロボットアーム自作への道5ー

Arduino Advent Calendar 2019 | 19日目

さてここまでは主に逆運動学によってロボットアームを制御してきましたが、やっぱり物理コントローラでグリグリしたくなるのが摂理。

ロボットアームを2対用意して、一方を手で動かして他方が追従するみたいのがやりたかったのですが、
それはPWMサーボでは無理で位置検出可能な高級なシリアルコマンドサーボというのが必要であると教えていただきました。

 
今からシリアルコマンドサーボ買って2対のロボットアームを作る金など当然なく途方に暮れていたところ、
可変抵抗でサーボを動かす用例を紹介いただきました!

参考:割り箸でロボットアームを作ってみる(中編)

これだ!これでいい!これならPWMサーボによる自前のロボットアームがそのまま使えますよ!

ということで、ここでは可変抵抗を用いたロボットアームコントローラを製作しましたので報告させていただきます。
 

 

構成

ロボットアームはこれまでのPWMサーボを3つ使用したもので、それぞれの角度を可変抵抗で制御します。可変抵抗はBカーブの10kohmを使用しました。

部品

  • Arduno UNO

     
  • サーボモータMG995

     
  • サーボモータDS3115

  • 可変抵抗 10kohm

     

コントローラ製作

先日購入した3Dプリンタでコントローラの筐体を作りました。
生まれて初めてのオリジナルモデルです。

 

DesignSpark Mechanicalでモデルを作成しました。

☟設計通りに出力されて大感動!

 
可変抵抗のツマミを通してネジ止めするための穴と位置決め穴や、ツマミを差し込むヘコミを設けています。

 
ちょっとサイズミスした部品があったのでモデルを修正して台座と共に出力。。。。

 
作製した部品と3つの可変抵抗とを組み立てて完成!

これでバッチリ ロボットアームのサーボモータの回転軸と同じ方向に可変抵抗を配置できました!

モデル

アーム1

アーム2

ベース

 

 

Arduinoコード

可変抵抗の値をアナログピンで読んで角度に変換し、対応するサーボに入力するだけの簡単なコードです。

動作

可変抵抗を配線してArduinoに接続すれば完成!


簡単なのに驚きのシンクロ率です。

 

動きをレコードして再生する機能も追加してみました。

こちらの詳細は以下を参照ください (2020/6/7 追記)。

自作ロボットアーム動作の 記録・再生 機能

 

おわりに

手軽に安価でロボットアームのコントローラが作れました!

目標は以下のような感じなので引き続き頑張ります。。。

我が家に3Dプリンタがやって来るヤァ!ヤァ!ヤァ!

遂に手に入れました!3Dプリンタ!!

先日家族で見に行ったNT札幌にて展示されていた3Dプリンタをみてお母ちゃんが思いのほか感動して”今すぐほしい!”となったのです。私的には来年あたりに買えればいいかなぁ位だったのですが太鼓判いただき年内に買おうということに相成りました♪

サイバーマンデーなどのセール時にも各種プリンタの価格をウォッチしつつ、ツイッターで色々教えていただきつつ 時が来るのを待っていたのですが。セールでもないのにとんでもない安値で販売されていた以下のプリンタを購入しました。

私が購入したときは¥25,499でした。安すぎでしょ。。。速攻ポチりましたよね。

 

ANYCUBIC MEGA-S

到着予定日の前日に届いたために油断してビール飲んで酔っ払っていたのですが、1時間ほどで組み立て完了しました。思ったより簡単にできて驚きました。工具も全部同梱しておりました。白フィラメント1kgも入っているのですぐに使えます!

説明書は英語と中文のみでしたので以下のサイトを参考にして、組み立てや使用法を学習いたしました。

参考

プリント

早速同梱のSDカードに入っていたサンプル3Dデータのフクロウを出力してみました。

初3Dプリンタ出力。プリント中ずーっと眺めていました。美しいフクロウが2羽。うれしすぎるー!

ちなみにデータはSDカードかPCとUSB接続による転送でプリントします。
プリンタに転送するデータはgcodeというファイル形式です。
 

公開3Dデータを出力

ありがたいことに世の中には3Dプリンタ用のデータがたくさん公開されております。
以下の3Dモデル検索エンジンが便利で利用させてもらってます。

 
早速、長男くんが大好きなアンダーテールのパピルスを出力してみました。

STL形式でダウンロードしUltimaker Curaというソフトで読み込んでデータの縮尺や出力位置を調整してgcode形式に変換してSDカードに保存します。

データを保存したSDカードをプリンタに差し込んでプリント開始しました!

↑プリント中をラズパイカメラでタイムラプス撮影しました。

Curaのデフォルトの設定ですとサポートが硬くて、除去するときにモデルもバラバラになっちゃいました。。。パピルスの手足が細いのも要因としてあるかと思いますが。。。

アクリサンデーで接着しましたwww

サポート材の出力設定

ANYCUBIC MEGA-Sを紹介してくださった@Yakatanoさんがとれやすいサポートの設定値を教えてくれました!

この通りにCuraで設定したら本当にサポートがポロポロときれいにとれて、子供たちにでも除去作業ができました♪
ありがとうございます!

 

アンダーテール

3Dプリンタ着日(12/14)から毎日毎日アンダーテールのキャラクターを出力しています。長男くん大歓喜♪

こうなると色も塗りたくなりますねぇ 🙄 。

オリジナル3Dデータを出力

当然オリジナルのモデルも出力したい!というかそのために買ったのですから。

といっても3Dモデルなど気軽に作れるわけもなく。。とおもいきや
たまに使用させてもらっているDesignSpark MechanicalでもSTLファイルが出力出ることが判明しましたので早速モデルを作成して出力してみました。

 

ほんとにできた!うれしー!

ちょっとサイズ感ミスしたのでモデルを修正してと。。。。

 
作製した部品を組み立てて完成!

これが何なのかは後日報告いたしますが、オリジナルのモデルで所望の部品が作れてしましました!

これは今後の生活に革命をもたらすことでしょう。

本当に購入してよかったです。