ロボット制作のきっかけ!

そもそも二足歩行ロボットを造ろうと思ったのは五年ほど前になりますか!、Webページを見ていた時にロボットを見つけ たのがきっかけになります。そのロボットは独立二足歩行で歩いているではありませんか!!そのページではあまり詳しい内容は 記載されておりませんでしたが
どうなっているんだ?、どんな構造なんあだ?、どうしたら歩くのだ?と制作意欲にメラメラと火 がついたことを思い出します。
早速Web検索でロボットの説明があるページを探し説明を読みあさる、調べるにしたがって構造・使用部品・制作方法などが明らかになってきた。 結構制作金額も掛かることもわかった。サーボモーターなる部品を使いパルス幅で角度を制御するムムムム.....どこかで聞いたような話だ!!
一昔前(30-40年ぐらい)にラジコン飛行機を作っていた時代に使ったメカと同じではないですか・・・、これなら動作と使用方法は だいじょうぶと思い早速ロボットの設計図作りに取り掛かった。(図面書きにはキャンディー8を使用)
出来上がった一号機ロボットは何とか前進歩行、後退、片足バランス、横移動が出来ました。脚の構造に問題がのこりました。
このロボットは製作してから2年ぐらいたちます。覚えている範囲で書きました。

出来たロボットの寸法・重量

ロボットの図面作り

1)完成図面
2)歩行イメージ図

制作を始める前に上図のように完成予定図と歩行イメージ図を作成して検討かさねる。
腰・脚・手・腰の可動部分はなるべく制作が簡単で安くできる方法と考えサーボをケースに入れコ字アームで可動する方法で図面作成をすすめた。
歩行にはサーボモーターがどのように動作するのかわからないため歩行イメージ図を書き、こんな動きでいいのかと図面の上で検討する。
完成後にわかった事ですが間接にあたる部分がこの方法ではコ字アームがサーボにあたり狭い範囲しか可動しないことがわかった一応使用はできます。

サーボケース組み立て図・サーボケース部品図の制作

3)サーボケース組み立て図
4)サーボケース部品図

サーボケース加工部品図を実物大に印刷して型紙にする。型紙をアルミ(15mmX2mm)平板に張って部品を切り出し・折り曲げ・穴あけ・をした。 加工数量は全部で12個。
間接部分は簡単にするためにサーボケースにコ字アームを組み合わせて間接になるように組み立てをした。
使用材料はDIYで入手出来るアルミ平板15mmX2mm(コ字アーム用)・15mmX5mm(サーボ支柱用)・1mmX1mm「L字板」 (側板)の材料を加工して制作した。
部品加工はひたすら忍耐勝負です同じものを正確に加工することは大変なことが良くわかった。
アルミのサーボ支柱部品に穴の深さを100mmぐらいの穴を加工するときに3mmドリルを何本も折ってしまった、ボール盤の回転数が遅いの が原因と判明したアルミは結構ねばりのある材料です。素人職人です経験しないとわからない!!

アルミ板穴あけ・折り曲げ加工機具

折り曲げ機ボール盤

アルミ板をコ字に曲げる作業は万力だけでは結構難しい為専用折り曲げ機を買ってしまった。
万力で加工するよりは正確に曲げることは出来るがやはり微妙にズレが出る。(部品材料の位置を同じ状態に置くことが難しい)
穴あけ作業も電気ドリルでは正確な穴あけは難しいのでまたまたボール盤も買ってしまった。
(1/10mm単位以上のズレが出てしまう) 腕が悪いのか! やはり微妙にズレはできる。
たがが12組の部品を作るためにかなりの失敗をしてしまった、アルミ板をかなりの量粗大ごみにしてしまいました。
その分加工技術は上がっていくように思った経験を重ねないとうまくならないようだ!
同じ形を加工をするのはかなりむつかしいもんだなー! ため息をつく
ロボットキットを買ったほうが安いかな?? いやいやオリジナル!、オリジナル!

ロボットの組み立て

足 ペークボードで足を作りサーボを横に配置
足間接 コ字アームとサーボケースをネジでとめて接続した。
腰 腰は平板にサーボを横にして二個左右に取り付ける
胴体 胴体内部にバッテリー格納部分を作る
腕かた 腕は胴体を構成するように取り付ける
手先 手先の部分はペークボードをコ字に加工して取り付け
頭部 頭部も腕と同じ方法で取り付ける。頭部にはLED二個で目玉を作る
背中 裏面心臓部CPU基板を取り付け。/td>

なんとか部品を加工終了!
組み立てはサーボケースとコ字アームアームをネジで止めながら組み立ていきます。(やはり穴あけにズレが有りネジ止めに苦労する)
組み立てる順番を間違えるとネジ止めが出来ないことになる。穴を開ける位置にネジが入らないズレが出る。設計段階の構成不足を感じる。
ケース寸法が設計時にミスが有りサーボに止めネジが当たってしまた。加工して修正する。四苦八苦をしながらなんとか全体を組み立てた。

ロボットの間接機能

作品 動作 No1
作品 動作 No2
作品 動作 No3
作品 動作 No4
作品 動作 No5
作品 動作 No6
作品 動作 No7
作品 動作 No8

組み立て後にロボットの各部の間接部分の可動範囲を確認する。やはり想定していた可動範囲にならない
それでもなんとか動くだけの可動範囲はありました。部品形状の再検討をする必要がある。
全体を組み立て完成をした。

使用したサーボモーター

配線
  • MiniS RB303c-jr RCサーボRB303c JRタイプコード
  • 寸法: 40x20x38 (mm3)  
  • トルク:5.2 kg・cm(4.8V) 6.5kg・cm(6V)
  • 速度: 0.20s/60度(4.8V) 0.16s/60度(6V)
  • 重量: 39g
  • コード色:JRタイプコード
  • 端子列機能:コード色順、 茶色・赤・オレンジ=接地・電源正極・制御パルス入力

購入先:サーボモーター9種 ココ

プログラムソフトの作成

プログラムソフト

プログラムはロボット搭載CPU用ファームウエアーとコントロールプログラムの二種類が必要になります。
コントロールプログラムはVB(ビジュアルベーシク)で作成した。16チャンネルを制御できるようにしています。
足X8 腕X6 頭部X1をコントロールします。制御方法は各サーボにパルス幅のデータをロボットに渡します。
通信はRS232Cを使っています。
コントロールの名称は大きく分けて赤文字で書いておきます。使用してみて感じた事は少々プログラムが複雑になってしまった。
何度もプログラム変更を重ねたがまだまだ改良の余地がある!!

ファームウエアーの作成

開発言語

  • Cコンパイラー:FED PIC Compiler Version 14.00
  • Proguram End
  • -----------------------------------------------------------------------------
  • サーボモーター MiniS RB90コントロール 2009/03/11
  • サーボモーターを割り込み処理で動作をさせるに変更。
  • 使用環境 (WIZ-C/Ver.14)
  • PIC PIC16F877-20/P(それ以外にも応用可能)
  • 液晶 M1632,M1672,SC1602B等
  • クロック 20.0MHz
  • RS232C通信条件 38400,n,8,1(8Bit ノンパリテイ設定)
  • サーボモーター 規格
  • トルク: 5.5kg/Cm2
  • 速度 : 0.12s/60度
  • 重量 : 9g
  • 電源電圧: 4.8V
  • 動作可能範囲: ±70度
  • 制御パルスHi電圧: 3-5V
  • 動作範囲: 1.5±0.9mS
  • 最大パルス範囲: 0.6 - 2.4mS
  • 信号周期: 15-20mS
  • --------------------------------------------------------------------------
  • ピンアサイン:(電源・クリスタル・コントラスト調整VR等の配線は省略)
  • PIC16F877 液晶モジュール
  • ()内はピン番号
  • RB0(33) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB1(34) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB2(35) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB3(36) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB4(37) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB5(38) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB6(39) out = I/O MOTOR 手制御
  • RB7(40) out = I/O MOTOR 手制御
  • RA0(2) out = DB4 LCD 制御
  • RA1(3) out = DB5 LCD 制御
  • RA2(4) out = DB6 LCD 制御
  • RA3(5) out = DB7 LCD 制御
  • RA4(6) out = E(ENABLE) LCD 制御(Pur UP 4.7K)
  • RA5(7) out = RS LCD 制御
  • RE0(8) out = I/O IR Remote control receives.
  • RE1(9) out = I/O RLED/目玉
  • RE2(10) in = I/O LLED/目玉
  • RC0(15) in = Key1 制御 1
  • RC1(16) in = Key2(CCP2) 制御 2
  • RC2(17) out = CCP1 スイチングパルス制御
  • RC3(18) out = Move LED    制御確認ランプ
  • RC4(22) in/out = SDA I2C
  • RC5(23) in/out = SCL I2C
  • RC6(24) out = RS232C TX
  • RC7(25) in = RS232C RX
  • RD0(19) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD1(20) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD2(21) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD3(22) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD4(27) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD5(28) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD6(29) out = I/O MOTOR 足制御
  • RD7(30) out = I/O MOTOR 足制御


基板

ファームウエアーはロボット搭載CPU用ソフトウエアーです。ロボットの制御とプログラムソフトの通信を制御 します。
プログラム作りはC言語でコンパイラー:FED PIC Compiler Version 14.00を使い作りました。
使うPIC ICは16F877と言うICを使いました安くてプログラムエリアもまあまあ有ります。
プログラムは16チャンネル分のPWM信号を発生をさせる事とRS232Cでの通信が中心になります。
PWM信号のタイミングをかえてサーボのスピードの制御をしています。
ロボット側で送られてきたデーターをLCD表示で確認できるようになっています。
無線は赤外線を使い12モードをコントロールできます。
ファームウエアー・フローチャートを掲載します。 割り込み処理の書き方が間違っていたらごめんなさい。アマチアプログラマーです自分流です!!

内容はあまり期待しないでください動かすので精一杯です。制作マニアルここ
EAGLE 5.4.0回路・PICプログラム・VBファイル・Candy8図面をセットにして有ります。

ロボットの制御基板と部品配置

基板

制御関係は始めは穴あき基板で組み立てをしましたがプリント基板に変更して作成しました。
制作にはフリーソフト(範囲制限あり)EAGLE Ver5.4.0を利用して作成しました。使いかたが理解でくると結構いいですよ。
使用説明はすべて英語ですがWebで検索すれば日本語説明書が有ります。
基板は片面で作りましたのでかなりジャンパー線が出てしまいました。両面なら必要はないと思います。
基板制作でCPUグランド線が細いと誤動作を起こすトラブルが発生したため再度作りなおしました。

プリント基板配線図

配線

EAGLE Ver5.4.0で作成した回路図面

完成したプリント基板を搭載


完成基板搭載風景と使用CPU

16F877A(20MHz)使用内容
  • 40ピンタイプPICマイコンです。
  • ■人気PICマイコンのひとつです。高性能多機能PICマイコン。
  • ■PIC16F877の改良品 PIC16F877にコンパレータ等が拡張されています。
  • ■価格も安く、プログラムの書き換え回数が10万回になりました。
  • ■877”A”に対応しているPICプログラマーで書き込みができます。
  • ■-P(40ピンDIPパッケージ) 使いやすい40ピンパッケージ
  • ■プログラムメモリ:8Kワード
  • ■RAM:368バイト
  • ■EEPROM:256バイト
  • ■動作周波数:max20MHz
  • ◆電源電圧;4.0V(MAX20MHz)~5.5V(MAX20MHz)

配線

購入先:PICマイコン ココ

ロボット電子回路全体ブロック図

配線

☆こんな回路で動かしています☆
DC-DCインバーターは完成品を使用しています。 全体の回路図ですCPU16F877は中央部分です、右上はLCD表示、左上はDC-DCインバーターと5Vレギュレター です。サーボモーターが同時に動作するとCPUが誤動作するのを防ぐため使用する。
左側はサーボモータソケット足とメモリーIC(1MByt)です、中央下はRS232C ICとソケット、右側はスタートSW とプログラムモードSWとサーボモータソケット手・頭です。

☆最後に☆
かなりおおざっぱですがこれで全ての紹介を終わりましたが、造るって見た感想としては部品加工の精度と足間接角度がかなり重要なことを感じました。 いろいろな所で問題は残ったが一号機としてはまあまあの完成度と満足しています。このページをみていただいた方の少しでも参考になれば幸いです。
苦労した分だけオリジナルて良いですよ。

制作・企画

平成22年度 5月編集
二足歩行ロボット制作奮闘記
企画制作:SAVMASA企画
    

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