« 週刊myRobotを作ろう(85) | トップページ | 週刊myRobotを作ろう(86) »

2008年1月 7日 (月)

週刊myRobotちょっとひといき(5)

■更新情報 物体回避 (2008/1/13) 

新年おめでとうございます。
今年からは、完成したID-01でいろいろな事を試す事ができますね。
本年もどうぞ宜しくお願いいたします。

3DCGによる年賀のご挨拶
3DCGによる年賀のご挨拶

年末から体調を崩してブログの更新が滞っておりました。
怠けついでに、全長40cmのR2D2のトイロボットを手に入れてしまいました。Id01_91_14
並んで見ると背丈はほぼ同じようです(画面クリックで拡大)
    
STARWARS R2-D2 Interactive
ご覧のように、ID-01とほぼ同等の背格好のスターウォーズでおなじみの、R2D2のトイロボットで、アメリカのHasbro社から発売されています。

このトイロボットは2005年に発売されましたが、スターウォーズファン以外の方にも根強い人気が有り、結構品薄状態が続いていました。
毎年、クリスマスシーズンを中心に再販売を繰り返してきました。
私も早いうちに欲しかったのですがなかなか手に入らず、やっと今年2008年新年早々、この輸入品を入手することが出来ました。
英文のマニュアルには「対象年齢8歳以上」とかかれています。
リモコンなどは一切なく、ロボットに与える命令はすべて音声で行います。しかも、流暢なネイティブイングリッシュで離さないと認識してもらえないようです。

◇動作テスト

●電源ON
お尻についている電源SWをONにすると、ヘッドが左右に200度ほど回転し、頭のLEDが青と赤に交互に点滅し、”Powering UP(イニシャライズ)”を始めます。この間、約30~40秒かかり青赤のLEDが同時に点灯し消灯したら、いよいよ準備完了になります。(尚、下の動画では”Powering UP”の時間を割愛してあります)

●走行ロックボタン
R2D2のおなかにある赤いボタンが「走行ロックボタン」で、これを押さない限り突然走りだしたりする危険はありません。
ID-01にも是非取り付けたい機能ですね。

●動画
とりあえず最初に音声によるコマンドのテスト(走行ロック状態)を行い動画に撮ってみました。
上手でない私の英語を披露するわけにもいかず、合成音声に差し替えてあります。
宜しければご覧下さい。
下の画面をクリックすると動画がご覧いただけます
R2D2 Interctive (1)
R2D2 Interctive (1)

◇走行

”Go on Patrol”というと、部屋中を走行してくれて、ID-01同様に適度に障害物を回避してくれます。それもなかなかスムーズに回避します。
走行による、障害物回避等の様子は、いずれ動画に撮ってUPしたいと思います。

◇機能・構造
●走行系
ID-01と同様に、①ひとつの自由輪及び、②左右の主車輪で走行します。Id01_91_16
裏側から見たR2D2です

①自由輪
ID-01は自由輪が尾輪なのに対し、R2D2は前輪になります。
トラックボールのような大きな球体が、360度自由に回転するようになっています。

②左右の主車輪
ID-01同様、左右の車輪は独立して回転します。
ただ、R2D2の走行について関心したことは、ID-01よりも直進が何故かスムースです。
まだ分解していないので構造は未確認ですが、ロボット本体内部で左右回転軸が直結しており、左回転の時は左を切り離し、右回転の時は右を切り離すだけという、非常にシンプルな構造なのかもしれません。
ID-01も、直進の時だけ、左右の回転軸を直結するクラッチ機構などを設ければ良いようにも思われるのですが・・・
と、思いつつ、足を分解したところ左右の足部分に独立したモーターが入っており、直結説はあえなく幕を閉じました。

障害物回避も素晴らしく、細い机の脚をされいに回避してしまったのには驚かされました。
ID-01よりも、遥かに安いトイロボットでさえこれだけの性能があるとなると、ID-01も改良の余地が多々ありそうな気がします。

●センサー
搭載されているセンサーは、ID-01に比べて種類も少なくシンプルですが、非常に機能的に設計されています。
あるのは、①2対の超音波センサーと、②遠赤外線センサーだけですが、夫々、障害物回避、音源方向特定、タッチ感知、人間・動物感知などが行えます。Id01_91_15
2種類のセンサーが機能的にレイアウトされている
       
①2対の超音波センサー
ID-01は2つの送信部、そして3つの受信ユニットがありますが、R2D2では、たった2個の超音波センサーユニットで左右の送・受信を行っています。
仕組みは、2対の超音波センサーが左右に60度ほど開いていてLRの差異を検知します。
さらに、ヘッドを回転させる事により広い角度をセンシングする構造になっています。詳しくは「物体回避行動」の項で説明したいと思います。
そして、R2D2に音声でコマンドを告げると、声のした方に首を向けます。
これは、ID-01でもおなじみの複数のマイクによる音源方向探知機能によるもので、2組の超音波センサーが、ステレオマイクを兼ねています。
そして、タッチセンサーつまり、頭をたたいたりする音をこのマイクで感知していると思われます。驚きのマルチセンサーユニットですね。

②遠赤外線(IR)センサー
インフラレッド(IR)のセンサーにより、人間や、動物が近くにいるかどうかの判断を行います。
良く見ると真ん中に仕切りがあり、左右検知できる仕組みになっているようです。
障害物回避行動中は、人間や動物がR2D2に近づいたりすると暫く停止して待っています。これに対し、最初から止まっているものに関しては、回避行動を行うだけのようです。
良く出来ていますね。
隠しコマンドのようですが、”Follow me!”と命令すると、自分の後を追従してくるようです。
そして追従性はあまり良くないとの事で、手をかざすなどしてフォローしてやる必要が有りそうです。
何れテストしたいと思っています。

●へッド部の回転
ID-01と比べて、このヘッド部はなんと小気味良く素早く動くのでしょうか・・・
前掲した動画でもお分かりのように、相手の音源方向を向いたり、LED,サウンドとシンクロして感情表現をしたりと、かなり動きが効果的です。
ID-01のように首のチルトが無いのに何故ここまで感情が豊かなのでしょうか・・・
的を得たヘッドが回転するタイミング、それに合わせたサウンド、LEDの明滅もさる事ながら、小気味の良いヘッドの回転速度もそれに加担しているような気もします。

一方、ID-01の首の動作が遅いと感じるのは私だけでしょうか・・・
ID-01も、動作スピードのアップが必要かもしれません。
これを機に、改造サーボなどの仕組みを利用して、素早く動かす時が到来したのかもしれません。今年の目標にしてみます。

◇パワーソース
気になるパワーソースですが、マニュアルには、アルカリで単一電池×4本、単三電池×4本と書いてあり、なかなかの大食いの気配です。
常時、単一のアルカリ電池を4本を交換ともなると、コストがかさむのが目に見えていますので、今回は、ID-01でも使用してしている充電可能な”eneloop”を使用する事にしました。
eneloopは単三型しかないので、100円ショップで手に入れた「単三→単一変換アダプター」を使用してみました。Id01_91_18
    
背中の蓋をあけて、最初に単三を4本セットしますが、ご覧のようにかなり変則的なレイアウトですね。
そしてその上に覆いかぶさるように、単一を4本セットしていきます。Id01_91_17
単三電池×4本(左側)、その上に単一電池×4本(右側) 
        
走行を主体にする場合は、容量の大きな単一電池を使用する必要があるかもしれません。現在のところ、ある程度の走行動作を含めて遊んでいますが、8本の単三型eneloopで結構楽しめています。

◇物体回避
超音波センサーの項で少しふれてみましたが、R2D2は物体回避をするのに、2対の超音波センサーと、首の回転運動を行う事により、実に見事に物体回避を行っています。

まずは次の動画をご覧ください。

下の画面をクリックすると動画がご覧頂けます。
R2D2 Interctive (2)
R2D2 Interctive (2)
  
ご覧になってお分かりのように、首の動きを含めて実にきれいに無駄なく物体回避を行います。
動画では5つの動作を分析してみました。
①正面からの回避、②右方面への回避、 ③左方面への回避、 ④正面からの回避、 ⑤斜め右方向からの進入

このうち①と④は正面からの回避を行っていますが、真正面から進入した場合は、必ず左に回避する事が分かりました。
①の場合、壁を回避した後、床に置いた小さな物体も回避している様子がお分かりいただけます。
⑤の場合は、真っ直ぐより若干右斜めに進入していますが、全くためらわずに右に回避行動を行っています。

●物体回避の原理
○超音波センサー
トイロボットR2D2を真上から見た画像です。
Id01_91_19
ご覧のように、2組の超音波センサーが左右に約50度くらいの開き具合で取り付けられています。
ID-01同様、超音波で前方との距離を計測して、距離が近くなってきた場合、物体回避行動に移ります。
物体回避行動に移る前に、左右どちらの方向によけるか、2対の超音波センサーの差異を計測します。

①④の進入のように、前方の障害物が真正面にある場合は、左右の距離はL=Rになります。

②や⑤の進入の場合は、左右の距離はL<Rになります。⑤の場合も僅かですが、Rの距離の方が大きくなるわけです。

③の進入の場合は、L>Rになります。

○物体回避動作
動画のなかでスローのリプレイ画面をご覧頂くとお分かりのように、R2D2は物体回避運動に入ると、左右どちらに回避する場合も、15度くらい右に頭を振り、また正面を向きます。
その後、正面で計測したLRの差異により異なった行動を起こします。


①③④の場合

正面で計測した左右の差異は、L=R及び、L>Rです。この場合、左後方に頭を回転させ、障害物が無ければ、ボディを左回転させ、そして前進します。つまり、物体を左に向きを変え回避した事になります。

②⑤の場合

正面で計測した左右の差異が、L<Rの場合、右後方に頭を回転させ、障害物が無ければ、ボディを右回転させ、そして前進します。
つまり、物体を右に向きを変え回避した事になります。

これらの動きを滑らかに、且つ、ピポパという効果音を入れながら回避する行動は、映画「STARWARS」をのR2D2を思い出し、見ていて気持ちの良いものだと感じました。
しかし、あくまでもトイロボットですから、物体回避も完璧ではないようです。
袋小路に入ってしまうと、左右の回避運動の繰り返しになってしまいます。
この辺りは、今後ID-01と「物体回避」の知恵比べをしてみようかとも、考えております。

尚、前方に人間、動物などの熱源を感じると、暫く停止して、相手がどいてくれるのを待つなどの動作がプログラムされているようです。


ある時、私の言った言葉をどう理解したのか定かではありませんが、手や人の顔の追跡モードになった事があります。
R2D2の前で手を左右に振ると、ヘッド部を手を動かした分だけトラッキングします。
おそらく、左右のIRセンサーと、あるいは超音波センサーを併用しているのかもしれませんが、このモードにはどのような言葉を言ったら良いのやら、良くわかっていません。

●試していないコマンド
まだまだ、数ある音声コマンドを試していません
Id01_91_20_2
    
このトイロボットは、数年前に発売されたもので、設計はかなり年季が入っている筈ですが、まだまだ面白く楽しめます。
すべてのコマンドを試していませんので、これから新しい発見がありそうです。
何か分かりましたら、追ってレポートしたいと思います。
(2008/1/13)


■あとがき
冒頭にお話しましたように、今年の正月は体調を崩し寝正月になってしまいました。
頭痛、めまいが伴っていたせいか、PCや、テレビをあまり見る事が出来ず、ぼーっと、部屋から窓の明かりを見ていました。
普段の生活では余り気にしていない、日照時間の変化に気がつきました。
ついこの前では夕方4時を過ぎると夜のとばりが降りてきていたのですが、冬至を過ぎてからは、すぐ暗くならずに、日一日と日が長くなってきました。
寒い冬も、もうあと少し、春がすぐそばまでやってきているようです。

他のロボットの長所を研究して、ID-01の改良に結び付けたいという思いからレポートしました。おかげでかなりの改善、改良点が見えてきました。

併行して、二足歩行ロボットのサーボモーターの改造に係る研究を始めました。
暑い時期が来るまでに走行部分の改造を行い、電流消費の改善、直進性の確保など、そして、他の可動部分のレスポンス向上などに役立てたい・・・と思っています。

今年もいろいろやる事が出てきたようで(しかもメカニカルな部分で)、かなり面白くなりそうな予感がします。
あらためまして、本年もよろしくお願いします。

|

« 週刊myRobotを作ろう(85) | トップページ | 週刊myRobotを作ろう(86) »

コメント

akkunさん ご無沙汰しております
本年もどうぞ宜しくお願いいたします。

長い間続けていたスポーツを止めてからというもの、どうも体がやわになったようで、摂生しなければ・・と思っております。

それから、二足歩行ロボットの関連記事をご紹介頂きまして、誠に有難うございました。

先日、無線関係のパーツを共立電子に発注したところ、「プチロボット」という、歩行ロボット素材キットのカタログが入ってきました。
安い素材で基礎研究などを始めるのも、そろそろ時期的に良いのかもしれません。
2足歩行は前後左右の重心バランスをとりながら、進行方向へ体重移動させていくのがスムースな2足歩行のコツだそうです。
人間の筋肉の動きは、人間工学的要素が多分にあり、大いに興味を惹かれます。

ID-01の二足歩行化は全く考えていませんでしたが、akkunさんのお考えの優雅なロボットが出来たら、非常に格好がよいでしょうね。

ご紹介頂いたサイトは、なにやら読み出がありそうですので、じっくり拝見させていただく事にしましょう。

コメントを有難うございました。

投稿: ふみのへや | 2008年1月20日 (日) 17:30

ふみのへやさん おはようございます。
akkunです。ご無沙汰しています。

まずは、体調が回復されたようでなによりです。
ふみのへやさんのブログは、注目度が高くて大変だとは思いますが、体調には充分お気をつけ下さい。

さて、二足歩行にご関心ありとのことですが、当方にとっても、二足歩行は今年取り組みたい改造テーマの一つです。ただ、移り気な性格なので、他にも手がけたい同レベルの改造テーマがあり、両立するのは非常に困難ではないかと思い始めているところです。まあ、それも楽しからずや、という心境でもあります。

二足歩行ということで参考になるかどうか分かりませんが、いくつかサイト記事を紹介したいと思います。
一つ目は、下記のサイトです。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E8%B6%B3%E6%AD%A9%E8%A1%8C%E3%83%AD%E3%83%9C%E3%83%83%E3%83%88

二足歩行の概要を知る上で、非常にためになると思います。

この記事によると、二足歩行は、前方に振り上げた足の動きによる反動を如何に緩和するか、という意味で難しさがあるようです。
例えば、右足を振り上げた場合、体全体がその反動で右に向こうとしますが、人間の筋肉は、それを相殺するような、ある意味エネルギー効率の悪い調整運動を行っているようです。
もし、ID-01で試みるなら、上半身の重さ(ロボザックよりも重い?)は、反動緩和の点で有利に働くと思います。それに、足の材質としては、なるべく質量の軽いものがよく、ガニ股姿勢よりも、両足の距離を縮めた方がより有利と言えます。

また、転倒現象を考えた場合、振り子運動(軸長が長いほど、ゆったりと振れる)とのアナロジーで、足が長いほうが倒れ方が緩やかなので、踏みとどまるための転倒回避反応や応答上、有利そうな気がします。

こうして考えると、ID-01が二足歩行する姿として、細長くてすらっとした足を揃えて歩く姿を想像します。
なにやら、結構サマになるというか、格好よさそうですね。大いにモチベーションが上がります。

参考に、もう一つのサイトも紹介します。
有名なロボットコンテストの公式サイトですが、ダウンロードできる技術情報が満載のようです。
まだ、読み始めてはいません。

http://www.robo-one.com/technical_conference/tech_conf_text.html

サーボモータ活用技術も、大いに気になりますので、ふみのへやさんの情報も大いに参考にさせていただきます。

以上

投稿: akkun | 2008年1月20日 (日) 10:05

KENさん 了解しました。

I2Cのプログラムは、取り掛かりさえわかればいろいろと応用がききますね。

ユニリモコンのプログラムも、気に入らない部分の問題が解消しましたので、近いうちにブログに掲載するつもりです。

現在、多機能リモコンでない普通のリモコンでもコントロール出来る、機能限定プログラムを作成しています。

投稿: ふみのへや | 2008年1月18日 (金) 13:30

KENです。

I2C での制御の仕方が分かったことで、

C-like への取り込みが可能になり、応用範囲が広がりますね。

色々なプログラム、期待しています。

投稿: KEN | 2008年1月18日 (金) 12:46

KENさん こんにちは。

I2C制御の解析ありがとうございました。
PDI無し制御では、MAX100%の出力が可能ですので、心地よいというか、かなりのスピードが出ますね。

I2C制御の方法が分かったことで、VCLでは成し得なかった左右穏旋回のプログラミングが可能になりました。

そこで、「ハイスピード」と「左右穏旋回」機能を取り入れたプログラムをアレンジしてみました。

屋上でテストしましたが、なかなか調子よく動きます。
一部、気にいらない部分がありますので、改良を加え、そのうちプログに掲載しようかと思います。

大変参考になりました。ありがとうございました。

投稿: ふみのへや | 2008年1月17日 (木) 23:48

KENです。

やっと T-Droid なみのスピードを手に入れることが出来ました!

心地良いスピードです!

83号の冊子が手がかりになり、 I2C を使って実現出来ました。

一つのコマンドの使い方が分かれば、 I2C に載っているコマンドは全部使えますね。

私のブログ

遂に実現!ロボ君フルスピード!
http://blogs.yahoo.co.jp/myrobot_ken/28379837.html

にも載せました。

投稿: KEN | 2008年1月17日 (木) 23:08

”た”さん こんにちは

ご心配いただき有難うございます。お蔭様でなんとか回復しました。

アイソボットは面白そうですね。
この前のような、ID-01とアイソボットのコラボレート作品、是非、発表されてください。

R2D2は、ネイティブイングリッシュの発声練習には良いようです。
ただし、一生懸命ロボットに話しかけている姿を、よその人には見られたくないものです。

コメント有難うございました。

投稿: ふみのへや | 2008年1月16日 (水) 08:27

ふみのへやさん こんばんは

ご回復され嬉しきかぎりです。

私は今、アイソボットに入れ込んでいますが、R2D2もなかなか優れものですね。

ご解析の記事、楽しく拝見いたしております。

投稿: た | 2008年1月15日 (火) 20:03

iasnetさん こんにちは 

体調が回復するまでは無理せず、おとなしくしているつもりだったのですが、トイロボットをいじっていたら我を忘れてしまいました。
でもそれが功を奏したのか、元気になってきたようです。

今回のブログにも書きましたが、ID-01も色々改良の余地がありそうです。
是非、お知恵をかしてください。

本年も宜しくお願いします。

投稿: ふみのへや | 2008年1月12日 (土) 00:11

長引いておられるようで 心配しておりました。

面白そうな予感・・・・

期待して待ってます^^

本年も 宜しくお願いします。

投稿: iasnet | 2008年1月11日 (金) 23:35

KENさん こんにちは。

ブログにも書きましたが、R2D2と比較する事で、ID-01の改善点が、かなり見えてきた気がします。

ボードへの負担を減らしつつ、且、動きのスピードアップ化、スムースな動きなどの改善が出来れば良いですね。

まだまだメカニカルな部分での改良が必要なようです。

投稿: ふみのへや | 2008年1月11日 (金) 22:21

KENさん

新年おめでとう御座います。

お恥ずかしい話ですが、年末から体調を崩しておりブログの更新もままならず・・・でした。
そろそろ体調が回復してきたので、また、頑張ろうかと思っています。

本年もどうぞ宜しくお願いします。

投稿: ふみのへや | 2008年1月11日 (金) 22:10

R2D2、

なかなかのものですね。

それと比べると、わがID-01は改良の余地、大いにあり、ですね。

まずは、メカを改良し、ボードへの負担を減らしたいです。

まだまだ、楽しめるロボ君です。

楽しみは続きます!

ずっと、ずっと、永遠に?!?

投稿: KEN | 2008年1月11日 (金) 20:26

KENです。

新しい年のはじめに、

本年もよろしく、お願いいたします。


お身体をこわされたそうで、心配していました。


元気な姿をまた、ハイKEN?したいです!

投稿: KEN | 2008年1月11日 (金) 20:08

hisamiさん 新年おめでとうございます。

こちらこそご挨拶が遅れました。
年末から体調を崩してブログの更新を怠けており、ご心配おかけして申し訳ありませんでした。

お蔭様で、体調は少しづつ戻りつつあります。
いやはや、としは取りたくないものです。

どうぞ、本年も宜しくお願いいたします。
お互いに、ID-01で色々楽しんでいきたいですね。

投稿: ふみのへや | 2008年1月10日 (木) 23:00

あけましておめでとうございます。

ご挨拶が遅れ、失礼しましたm(__)m。
このところ更新記事がありませんでしたので、心配していました。
その後、お体の具合はよろしいのでしょうか?

今年も色々とお世話になると思いますが、よろしくお願いします。

投稿: hisami | 2008年1月10日 (木) 22:28

コメントを書く



(ウェブ上には掲載しません)


コメントは記事投稿者が公開するまで表示されません。



« 週刊myRobotを作ろう(85) | トップページ | 週刊myRobotを作ろう(86) »