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2006年6月18日 (日)

週刊myRobotを作ろう⑪

■16~17号の組立て
16号のフロントボディケースにヘッド部とチルトギアボックスを組み込み、17号の台座とステー部を取付けます。これで第二ステージはついに完成です。

◇各画像をクリックすると拡大して見ることが出来ます。

Id01_16_11_1 16号と17号の分厚いパッケージは久々に新鮮でしたが、今回は「myRobotのマウスパッド」が付いてきました。
確か書店で定期購読すると付いてくる付録だったような気がするのですが、Webの定期購読者にもらえるとは思っていなかったのでなんとなく得した気分になりました。

16号のフロントボディケースに「首パン(左右)用ギアボックス」を付属の4本ネジで取り付けます。
前回「ちょっよとひといき②」でふれたように「ドライバー使用の三原則」を思い出して締めました。
そういえばこのギアボックスは時折ギャーギャーという耳障りな音がしていましたが、「ギアなきの対処」を施しましたので現在は非常にスムースです。
参考になるか分かりませんが、対処方法を本文の最後に記しておきます。

Id01_16_04 組立てはじめたばかりですが、なんと23号では再分解する運命なのです。「胸部LCDディスプレイ」「スイッチ」「スピーカー」「マイク」等取付などがありますので、最後の締めつけはほどほどにしておいてください。
画像はイタリアディアゴスティーニ社のPDFマニュアルから「ディスプレー」「スピーカー」「両腕」取付けの模様です。

続いてヘッド部の取付けですが10号についていた2本のネジで取り付けます。
取付けるとき、ヘッド部とボディを片手でささえながら、首が正面を向いた状態でつけるのがコツです。
手の小さな方や子供さんは、どなたかにサポートしてもらったほうが良いかもしれません。
一方、たった2箇所だけで重いヘッド部を支えるのは、倒れた(倒した)時など(大きなモーメントが発生したとき)に「大丈夫?」との不安がよぎりますが、設計を信じましょう。

この状態でも動作テストをできますが、どうせなら17号の「台座とステー部」をつけて自立させましょう。
フロントボディケース下部に台座ステーをはめこみますが、若干きつめにできていますのでパーツを壊さないように注意して取付けてください。
Id01_16_06_1 6号で使用した「テスト用スタンド」をその時使用した2本のネジで取付けて、第二ステージの組立て作業は完了しました。

17号には「左腕のギアボックス」の一部が入っていますが18~19号のパーツが揃わないと組立ができませんので大切に保管しておきましょう。

■音源方向探知テスト
Id01_16_07s 今回スタンドを取付けたので、前号ではできなかった完全テストができましたのでレポートします。
前にバッテリーケースを2組作成しておきましたので「アルカリ電池」と「充電電池(eneloop)」で動作テストをしてみました。両者を比較した結果、差異は全く見受けられませんでした。

動作テストは前回レポートした内容と重複するかもしれませんがご了承ください。、

◇電源をONでイニシャライズを始めます。
①首がチルト(下→上→中)
マニュアルによりますと上下の限界まで動くと書いてあります。
②首パン(左後→正面)
Id01_16_08 前号までは「首パン(左右)のギアボックス」とヘッド部がギアでかみ合っていなかったのでどのくらいヘッドが振れるのかが分かりませんでした。今回動かしてみると約100度(直角より大)くらいふっているようです。

ここで気になる現象が発生しました。正面を向いたとき、センターが若干右に10度くらいずれて止まります。
何回やっても同じ現象が出るので調べてみました。
Id01_16_12 エンコーダーディスクにはスリット穴が12個あります。
センターずれして止まっている状態を見ると「左から6個目半」「右から6個半」でした。つまりエンコーダー上では完璧に中間で止まっています。
つまりヘッド部とエンコーダーディスクディスクの位置が10度位ずれているようです。ディスクの取付けネジで微調整するしかありませんが、構造上難しそうなので無視することにしました。
③目が緑点灯(イニシャライズ完了・コマンド待ち状態)
Id01_16_09 イニシャライズで動作が不良の時(前号のようにギアがつながっていない、ケーブルの引っかかりなど)は「目が赤点滅(エラー)」します。
ただちに電源をOFFにして、原因を取り除いてください。再び電源ONでイニシャライズが始まります。

◇頭にふれると、目が緑点灯のまま首がチルト(上→下→中)します。

◇音への反応
①乾いた音(指でパチン!、舌でチッ!)に対して反応しますが、声には反応しませんでした。感度はすこぶる良くて、PCのキーボードをたたく音に反応して目が黄色く瞬き、びっくりしました。

②音源方向の認識
ヘッド部についた3つのマイクで認識できる方向は、正面・左・左前・右前・右・後の6つです。

「動作」

  1. 音源が顔の「正面」 「両目赤・黄色点灯」「パン無動作」すぐに「緑点灯(コマンド待ち)」
  2. 音源が顔の「約30度以内」「両目赤点灯・音源方向黄色同時点灯」「その方向に首をパン」「緑点灯(コマンド待ち)」
  3. 音源が顔の「30度以上」「両目赤点灯」「その方向に首をパン」「緑点灯(コマンド待ち)」
  4. 音源が顔の「真後ろ」「両目黄色点灯」「パン無動作」すぐに「緑点灯(コマンド待ち)」 

動作3.では各々「左55度」「右75度」でした。
動作2..では各々「左20度」「右40度」で、動作bを2回続けると各々「左55度」「右75度」となりました。
「左20度」で右に動作3.をさせると「右40度」でとまり、その状態で左に動作Cさせると「左20度」でとまりました。
つまりヘッドのパン後の停止位置は「左55度」「左20度」「右10度(センター)」「右40度」「右75度」の5ポジションです。
センター位置(右10度)のづれが顕著に出た結果となりました。
尚、角度の精度に関しては分度器をあててラフに計りましたのであくまでも目安としてご理解ください。
尚、動作4.の「真後ろ」でヘッドがパンしないのは、走行系(車輪)で方向転換させるためかなと考えています。

■第二ステージ完了
Id01_1 フロントボディケースが付いた「myRobot ID-01」はかなりロボットらしくなってきました。
家族に今回の「音源方向探知」のデモをしてみましたが、「うなずき君」以上にびっくりして、感心していました。
こうなると一刻も早く次のステージ「コミュニケーション機能」が待ちどうしくなりますね。
さあ、第三ステージに向けて出発しましょう!!

★ご参考

■ギアなきをやっつけろ!!

◇ギアケース分解
首パン(左右)用ギアボックスが時折ギャーギャーなくので、音源探知に支障がありそうなので分解してみました。
このパン用ギアボックスはチルト用に比べて回転量が多いので、グリスは全てのギア全体にまんべんなく付着していました。(ここは問題なさそうです)

続けてギアシャフト受けの位置も、所定の位置に収まっていました。
原因が分からないのでギアケースをあけたまま電源をつなぎ何回か動かしてみました。
エンコーダーが動かないのですぐエラー(目LED赤点滅)になりますが、3/5位の確立でギアなきがありました。(ケース閉じ状態よりは音は若干小さめ)

◇原因らしきもの発見
Id01_16_13 ギアを回しながら動きをよく観察すると、原因が見えてきました。
2本のシャフト(左画像赤い線)上で各ギアは夫々異なるスピード方向で回ります。
どうやらギアとシャフト間の摩擦音のようです。

◇解決
ためしに「スプレー式潤滑剤を」2本のギアシャフトと各ギア間に吹き付けてみました。
又、上のシャフトは出力軸でシャフト自体が回転しますので、左右の軸受けにも少量つけてみました。
ピンポン!数回回転させてみると油がなじんだせいか、ギアなきはみごとに解消しました。
ギアケースを閉じて動作テスト→OK→ロボットに取付けて動作テスト→OK

ギアなきの要因はさまざまですので、この方法で解消できるかはとは限りません。
でも、要因のひとつが解消されるかもしれません。
私は潤滑剤付属の細いノズルをつけてシャフトにピンポイントで吹くかけるよう心がけました。それからこの「パン用ギアボックス」は垂直に設置しますので油量が多いと液だれしますので、吹きかける量は少なめを心がけた方が良いかと思います。
もし試される方は、くれぐれもモーターのベルト・プーリーには油・グリスが付着しないよう、お気をつけください。

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2006年6月13日 (火)

週刊myRobotちょっとひといき(2)

■組立て時の問題点
Id01_1_6 週刊myRobot ID-01も「ヘッドコントローラー・ボード(15号)」の搭載により、自律知能ロボットへの第一歩を踏み出しました。

15号の発売が経過したあたりで「myRobotのおたすけ掲示板」を見ると「ネジ山をつぶしてしまった」「ケーブルが取り外せない」「ギアのかみ合わせに問題あり」など、苦労されている方が何人もいらっしゃるようです。
私はいまのところ大きな問題はおきていませんが、皆さんのところでは如何でしょうか?

myRobotはこれからも、「腕(左右)」「腰高上下」「走行系」の各ギアボックス作成、各種ボード・センサー・パーツ・配線類の取り付けなど、たくさんの作業が目白押しです。
全てとはいえませんが、ありあわせの道具で大事なmyRobotの部品やネジを壊したりして組み立てられなくなっても困ります。
そこで組立てには最低限どんな道具が必要かを考えてみました。

15号まで組立を行ってきましたが、主に3つの作業に分けられると思います。
「部品のはめこみ」「ネジによる取付」「配線コネクターの接続(脱着)」
知能ロボットがたったこれだけで出来てしまうなんて、組立てキットならではのありがたさですね。
各パーツもカキッカキッと気持ちよくはまり、出来の良さにも感心しました。
例外として、たまにギアボックスのシャフト受けに、他の部分より入れにくい箇所がありました。
そのまま無理に組立ててしまうと、シャフトが奥まで入っていなかったり、スムースな回転が出来ないなど、「ギアに隙間ができる」「ギヤで異音」「動かない・すぐ止まる」「モーターが加熱」などのトラブル要因になってしまいます。
こんなときはまず、「他のパーツと間違えていないか」「はめこむ場所を間違えていないか」などを確認し、それでもだめなら次に考えられるのが、パーツに付着している「バリ」です。「バリ」は素材の加工時に付着する、はみだし素材でトラブルの一要因です。
従って「バリ」は「切り取る」か「削り取る」必要があります。
例外作業の一つとして「バリ取り(パーツの加工)」を加えておきましょう。

■組立てに必要なもの
皆さんは、ロボット組立てには、どんな工具をお使いでしょうか?
私は手持ちの工具で組立を行っていますが、「デジタルマルチテスター」「小型電動ドライバ」を新たにに購入しました。

使う上で注意が必要なのが「ドライバ」の使い方です。
調べてみると「ネジなめ」「ドライバーの頭つぶし」などのトラブルを回避するにはコツがあったのです。私には「目にうろこ」でしたが、ご存知の方は読み飛ばしてください。

◇ドライバ
Id01_15_11 「ドライバ」は大きく分けると、プラス型とマイナス型に分かれ、myRobotで使用するのはプラス型です。
形状では「普通」「ラチェット」「トルク」「精密」「交換式セット」「電動」など、多くのタイプに区分されています。私は「普通」「精密」「電動」の3タイプを使用しています。

「ドライバ」を正しく使用するには、基本三原則があります。
①「押し回し」②「適正ドライバ選択」③「締付力」の3つです。

①「押し回し」はネジに対し垂直に押し付けながら回す事です。
しかも、回す力より押し付ける力の方を大にする事が重要です。
その割合を数値で表すと「押す力=7」に対し「回す力=3」だそうです。
実際に試してみましたが、計測機器があるわけではないので、7:3の比率かどうかの判断はできませんでした。
でもこれからは、力の配分と垂直に気をつけて回すことにします。

②「ネジに適合したドライバ選び」
ネジの大きさにあわせて「ドライバ」を選ぶ事は非常に重要です。
まず「ドライバ」は大きい方から順に穴にあてがい、大きすぎる場合はネジ穴に入りませんので、一つ下の「ドライバ」に交換します。大→中→小の順に試していきます
逆に小さいドライバから試した場合、小さいドライバは大きな穴に入っていまいますので、「ねじなめ(ネジ穴)」や「ドライバの先端」がつぶれたりしますので要注意です。
従って「ドライバ」は大(No.3)・中(No.2)・小(No.1)・精密の4種類くらいは用意しておき、大きい方から試してみた方が懸命と思われます。一度試してしまえば次回からは、夫々のネジに合ったドライバが判別できます。

③必要以上にしめない
棚を固定するのと違い、myRobotでは、再分解して部品交換(ヘッドコントローラー・ボードの場合など)があったりしますので必要以上にしめすぎないようにする注意が必要です。「電動ドライバ」ではトルク(クラッチ)調整を弱めにセットします。

Id01_15_12 私は、最初「ハイグリップタイプのドライバ」で奥まで回し、最後の締め付けは「径の小さな(力のかかり過ぎない)ドライバ」に交 換して慎重に行うようにしています。
但しネジの深いギアボックスのケース取り付けだけは、小型の「電動ドライバ」を使用しています。

Id01_15_9 Web申し込みの定期購読読者についてきた「ドライバーセット」には、色々な交換ドライバなどが入っています。myRobot作成には、プラスの中(No.2)・小(No.1)、精密の各ドライバ・ピンセットなどが使えそうです。

◇ラジオペンチ・ピンセット
Id01_15_13 「ブレッドボード内部の配線(13号)」「タッチセンサーボードからの配線着脱」「ヘッドコントローラー・ボード部配線引回し(15号)」など、あると便利なのが「ラジオペンチ」や「ピンセット」です。

配線を部品の奥に這わせるときは「ミニラジオペンチ」「ピンセット」「つまようじ」などを使用しています。
指でどうしてもはずせないコネクターは無理に配線を引っぱらず、コネクターの形状(凹凸)を確認してから「ラジオペンチ」か「ミニラジオペンチ」などでそっとはさんではずします。コネクタ細部の形状確認にはルーペ使用が便利です。
ケーブルを無理に引っ張ると、ボードの破損、配線ケーブル断線などの余計なトラブルが発生する場合がありますので注意してください。
内部奥の方や、狭いところにあるネジ取り付けには「マグネットドライバ」「ピンセット」「ピックアップツール」などが便利です。

◇カッターナイフ・はさみ
Id01_15_14 「カッターナイフ」はパッケージ開梱時に必需品ですが、部品のバリを取りにも威力を発揮します。
「カッターナイフ」は刃が命。切れ味が悪くなると作業効率が落ちますので、こまめに「刃を折る・交換する」など切れ味確保につとめてください。
myRobotでは、ギアケースのシャフト受けなどにバリがあるとスムースな動作が出来ないほか、ギヤ鳴り発生の原因になる場合がありますので、「バリ取り」は重要な作業です。
「カッターナイフ」以外に「キリ」や「ヤスリ」が必要な場合もあります。

◇テスター
Id01_15_16_1 いくつものモーターや電子パーツで構成されているロボット作成には、電圧や導通のチェックが必要になってきます。
昔は高価だったテスターも現在ではデジタル化され、安いものが出回っています。
家庭内の電気製品チェック・コンセント通電確認などもできますので、一台は持っていても良いかもしれませんね。
私が秋葉原で購入した「温度計測機能付きのデジタル・マルチテスター」は新品で1,400円でした。
(たまたま、秋月電子通商の通販サイトを見たら、同製品が1,200円になっていました・・・ショック!!)
イタリアディアゴスティーニのHPに「テスターのチェック」関連の記事が(23号取説PDFに)載っています。

◇筆
Id01_15_18_1 ギアにグリスを塗るときに使うと便利だそうです。
私はまだ試していませんが、これからいくつものギアボックス組立て(左右の腕・腰高上下・走行系)が控えています。
筆を使用すれば、綿棒よりスムースに塗れそうですね。
次回の「腕のギアボックス作成」には使用してみたいと思います。

■まとめ

「完全に動くmyRobot完成」という目標に向かって、皆さん、頑張りましょう!!

それにしても、なにかとお金がかかりますね。

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2006年6月 6日 (火)

週刊myRobotを作ろう⑩

■15号の動作テスト
Id01_15_4_1 音源方向を特定する機能は、このボードに組込み配線が終われば完了したことになります。本来なら16号のボディにヘッド部とモーターを固定しないと動作試験はできませんが、工夫すればなんとかなりそうです。それに問題が見つかれば早い対応が可能です。早速、電源をONにして動作テストを行いたいところですが、電源を入れる前に16号で行う動作テストを予習しておきましょう。
Id01_15_8 イタリアディアゴスティーニ社のI-Droid01"のサイトには、かなり先の号(現在1~46号)迄の「パーツの写真」と「PDFの組立てマニュアル(イタリア語)」が掲載されています。16号のPDFマニュアル6頁目にテスト方法が載っています。
それによると音源の6方向(前・後・左・右・左前・右前)が識別できるそうです。

■動作テスト手順
Id01_15_7 ヘッド部を手で持って電源スイッチを入れます。
①首がチルト(下→上→中)
②首パン(右左)用モーターが動く
③目が赤く点滅
これは「首パン(左右)が動かないよ!」というエラーを表示しています。この時点では首パン(左右)用ギアとモーターボックスは物理的に繋がっていませんのでしかたありません。この状態はいつまでも続きますので、一旦リセット(電源SW切→入)してください。
エラーが起きない様にするには、パン用のモーターが動いた時、首の軸にあるパン用エンコーダーを強制的に指で動かしてやる(首が回ったかのようにする)方法が良いと思います。幸いmyRoboto ID-01で使用されているエンコーダーは、左右どちら側に回ったかの判定はできませんので、好きな方向に適当に動かしてみてください。
もう一つの方法は、ヘッド部をさかさまにし(頭が下)、首のエンコーダー部分を持ってヘッド部をぶらさげておき、モーターと首のギアを噛み合わせて首を回す方法がありますが、なんとなく無理な力が加わり壊れそうなのでお勧めしません。
Id01_15_6_1 とにかくこれらの方法で③目のLEDが赤点滅ではなく、緑点灯に変わるはずです。緑点灯は、ロボットが待ち状態にある事をあらわしています。(もし、1~2秒後にモーターが動き出した場合、再度エンコーダーをチョコチョコ動かしてみてください。目のLEDが緑点灯になるまで繰り返します。)
④頭に触れると、首がチルト(上→下→中)します。
⑤クリック音(指をパチンと鳴らすか、舌でチッと鳴らす)の音源方向により、目のLEDとパン(左右)用モーターが夫々異なる動きをします。イタリア語の説明文には「乾いた音」と書いてあったので、クリック音と勝手に翻訳しましたが、指パッチンで問題なく動作しましたので良しとしてください。翻訳違ってたらごめんなさいです。
Id01_15_5_1 真前(左右LED赤黄)点灯、右前(右LED赤黄、左赤)点灯、左前(右と逆)、後(左右LED黄)点灯、右・左・後ではLED点灯と同時にモーターが回るようです。そのときは、③と同様に、エンコーターを動かさないとエラー(赤点滅)になってしまいます。今回の動作テストでは、左・右・左前・右前・前などは、おおまかにしかテストできていませんので、「こんな感じに動きました」とレポートしておきます。尚、左手にロボット、右手にカメラで、LEDの点灯状態がピンボケでしか撮れませんでした。おはずかしい限りです。

今回の動作テストで、首パン(左右)用のモーターボックスに若干のギア鳴りがありましたので、16号が来る前に調整しようと思います。

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2006年6月 4日 (日)

週刊myRobotを作ろう⑨

■第14~15号の組立てと動作テスト
今回は、バッテリーボックス取り付けと、ヘッドコントローラー・ボードの組み込み及び配線を行います。
余談ですが、Web申し込みの定期購読読者には「ドライバーセット」が一緒に添付されています。

■各画像をクリックすると拡大して見ることが出来ます。

■バッテリーボックス
Id01_14_2 このバッテリーボックスには、単三電池が8本入るようになっています。側面に3×1.5V、5×1.5Vと刻印されていて、各々4.5Vと7.5Vの2系統の電源が取り出されるようになっています。電池の並びはかなり変則的ですので、挿入の際には気をつける必要があります。
Id01_14_3 myRobot ID-01は今後完成までに1年以上かかります。その間、単三電池を8本づつ使用しなければなりませんので、コストを考えて充電式の電池を使うことにしました。充電式の電池は電圧が1.2Vしかありませんが、myRobot ID-01は「マザーボード(28号)」で電圧のレギュレーションをコントロール出来るようなので使用して大丈夫そうです。
充電式の電池は各社から色々出ているようですが、私はデジカメで電池のもちが良いと人気のある「eneloop(SANYO)」を選んでみました。ためしに、もう一台別に作ってある「うなづき君(1~6号)」でテストしたところ、1.2V×3本でも問題なく動作しました。

■「へッドコントローラー・ボード」の取り付け
ヘッド部にこのボードを配線・組み込みを行うと、ID-01は音源方向の特定が可能になります。説明書の写真ではヘッドコントローラー・ボードのヴァージョンがV1.4と表示されていますが、手元にある実物のボードを見るとV1.5になっていました。どんどん進化しているのですね。
今後取り付ける7つの各ボードは、プロセッサーやメモリーチップなど多数の電子部品で構成されていますので、静電気による破損には十分注意が必要です。パッケージからボードを取り出す際には、必ず体の静電気をアースさせる事をお勧めします。
Id01_15_1_1 組込みの作業手順としては、まずヘッド部を開いて、タッチセンサーボードから各ケーブルを外します。「おじぎ君」でお世話になったテスト用バッテリケースも撤去します。残すのはタッチセンサーから来ている黄色の線だけです。
Id01_15_2 次に14号についてきたブルーとオレンジ色の線をタッチセンサーボードに繋ぎます。結局、タッチセンサーボードに繋がるのはこの3本の線(黄・青・オレンジ)だけになります。
次に、「ヘッドコントローラー・ボード」に、マイク3本(左・右・後)、耳(左右)、目(左右)、モーターとエンコーダー(パン・チルト)、先ほど繋いだタッチセンサーからきている線(青・オレンジ)、バッテリーボックスと繋いだ線(黒)の各コネクターをつなぎます。
Id01_15_3 「ヘッドコントローラー・ボード」は10号についてきたステーで固定しますので、ボードの向きなどを説明書で良く確認してから配線した方が効率的です。私はヘッド部の奥にある目(LED,マイク)、モーター(チルト)などから配線を始めました。それから、コントローラーボードに低く這わすように配線した方がヘッド部を閉じる際に楽になります。音源方向を特定する機能は、このボードに組込み配線が終われば完了したことになります。

■15号までの完成状態と「うなづき君(1~6号)」
Id01_15_4 完成してみるとmyRobot ID-01のヘッド部の中は結構複雑ですね。でも、最終章までにはここにCMOSカメラを内臓させるわけですので、そのときはヘッド部を再分解して組み込まなければいけなさそうです。結構やりがいがありますね。お互い頑張りましょう!!

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