2足歩行ロボットの制作

2004年、近藤科学株式会社からサーボモーターを使った、2足歩行ロボット(KHR−1)が発売されました。

発売当時、サーボモーターをいくつも使ってロボットにしたアイディアに、感動した記憶があります。

2004年当時は趣味でロボットを購入しようとすると、30万円以上はしたと記憶しています。

近藤科学のKHR−1は、12万円くらいでしたが、それでも高く、手がでませんでした。

それが2021年現在、制御回路やサーボモータは付属していませんが、アマゾンで3921円(税込、送料込)で売っています。

安い時代になったものです。

早速購入し、色々な部品をつけ、作ったのが下の写真です。


↑10年以上前では夢だった2足歩行ロボットが、自分で設計出来る時代になりました!


きは動画を見たほうが早いので、動画にしてみました。

■決めポーズ
ガンダムのズゴックをイメージしてみました。

■お迎え
当店の電子工作塾に来た生徒さんに、奥へ誘導するポーズをさせてみました。

■2足歩行
足の関節が2自由度のため、歩かせるのが大変です。
教科書どおり、片足5枚のパラパラ漫画で動かしています。
重心が高く、後ろ側にあるので、不安定ながらも歩いています。

■ダンス歩行
大きく腕を振らせ、ダンスをさせながら歩行させました。
教科書で教える2足歩行よりも、かなり安定して歩行しています。



造材は、アマゾンで購入した構造材です。

D DOLITY 8自由度 二足歩行ロボット DIY組み立て ヒューマノイド ダンスロボット ¥3931(税込、送料込)

ブラケットやネジだけのセットのため、サーボモーターや制御回路、プログラムなどは、自分で用意する必要があります。

そこで、以前購入したロボットアームの部品を流用することにしました。

DiyStudio 6自由度ロボットアームDIYキットアルミメカニカルアームジョーArduinor MG995サーボドライブバルク ¥7599(税込、送料込)

今回作るロボットは、サーボモーターを8個使う、8自由度です。

ロボットアームは6自由度のため、サーボモーターが2個足りません。

そこで家にあったものを使いました。

そのため、下の写真のように、左肩だけ違うサーボモータになっています。


組立ては、プラモデル感覚で組み立てられ、4時間くらいかかりました。

組み立てる際に、サーボモーターの回転をチェックするため、当店のキット(手動サーボモータ DEN-L-089) を使用しました。

また、サーボホーンの穴あけ、サーボモーターを固定するためのワッシャーなど、細々した作業が必要でした。

↑構造材は規格化されているので、プラモデルと同じ感覚で作れました。

 
左肩は別のサーボモーターです。
サーボホーンをブラケットに合わせるため、加工しています。
後ろ向きです。


御回路は、Arduino UNO Rev3 (以下Arduino)を使います。

もったいないですが、ロボット工作は、プログラムを何回も書き込むため、Arduinoブートローダーを使わずに、Arduinoのまま使います。

ArduinoのPWM機能を利用して、サーボモーターを動かそうと思ったのですが、残念ながらArduinoには、〜のマークがついているPWM端子は、6個しかありません。

今回の2足歩行ロボットは、8自由度のため、2個PWM端子が足りません。

そこで、8個のサーボモーターを制御するため、サーボモーターモジュールを使い、制御することにしました。

使ったのはこれです(秋月でも同じタイプの物 I2C接続16チャンネル サーボ&PWM駆動キット が売っていますね)。

VKLSVAN 2個 PCA9685 16チャンネル 12-ビット PWM Servo モーター ドライバー IIC モジュール Arduinoと互換 (2個¥999 税込 送料込)

このモジュールは、I2C通信を使い、サーボモーターを制御します。

I2C通信なので、プログラムが大変ですが、このモジュール用に、ライブラリーがあるので、ライブラリーを使えば簡単です。

今回は、ロボットのモーションプログラムを作る作業が、かなりかかると予想されるので、出来るだけ簡単にプログラムをしたいため、ライブラリーを使いました。


↑電子回路は、電源回路、Arduino、サーボモーターモジュールの3点です。

電源は、Arduino、サーボモータ8個、サーボモーターモジュールに必要です。

特に、サーボモータ8個は電気を沢山つかいます。

今回は家に余っていた、6V 600mA のニッカドバッテリーを使います(時代はニッケル水素充電池です)。

Arduinoとサーボモーターモジュールは、9Vのアルカリ乾電池から5Vを作り、使います。

 
サーボモータ用の、ニッカドバッテリー(6V 600mA)です。
Arduinoとサーボモーターモジュール用のアルカリ乾電池9Vです。
5Vに下げて使います。


ボット制作では、制御回路とバッテリーの置く場所に悩まされます。

特にバッテリーは重いため、必然的にロボットの重心となります。

今回はロボットにランドセルを取り付け、その中に入れています。

そのため、重心が後ろになり、2足歩行が難しくなっていますね。


↑ランドセルの中に、バッテリーを入れています。


ーションのプログラムは、時間がかかります。

ニッカドバッテリーでプログラムしていたのでは、数分で使い切ってしまうので、プログラムする時は、ACアダプター(5V 2A)から電源をとっています。

ACアダプターから電源を供給できるように、また、充電器でニッカドバッテリーが充電出来るよう、コネクタにしています。

↑サーボモータの電源は、コネクタにして、バッテリーからも供給出来たり、ACアダプターからも供給出来るようにしています。


ボットは暴走する事が良くあるので、キルスイッチを入れています(バッテリー動作時のみ)。

ACアダプター動作時は、ACアダプターのコンセントを抜く、荒業で対処します。

意外とキルスイッチは重要で、今回のようにスイッチでなく、ジャンパー線を抜くとロボットを殺せるようにした方が良かったです。

↑ロボットを停止させるキルスイッチ


それから、床が痛むので、ロボットの足裏に、ゴムを貼り付けました。





今回、昔なら夢だった、2足歩行ロボットを作ってみました。

かかった金額は、約3万円くらいです。

実際は、家にあったバッテリーや充電器、Arduino、配線材などを使っているので、2万円くらいでしょうか。

今(2021年現在)なら、市販品で高機能なロボットが売っています。

ただ市販品は、人様が設計したものを作っているだけなので、仕組みが分からず、つまらないです。

今回は、自分で設計しているので、隅から隅まで分かり、作り終えた後は、気持ち良かったです。

今後はセンサーなど、入力回路をつけることにより、さらにロボットらしくなると思います。

本当にすごい時代になったと、痛感した作品でした。


 
(2021年2月19日(金)作成)


 
 

 
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