腱之介（けんのすけ）

自主プロ2021のために製作した、ワイヤー駆動ロボット

発表スライド：

https://github.com/ssk-yoshimura/jishupro/blob/master/kennosuke_.pdf

アピールポイント

• 6自由度を筋肉10本で動かすロボット（足回り2輪付き）
• 機構を工夫し、安いモータで大きなロボットを動かす（ロボットアーム長0.5m）
• IKを解き、関節角度軌道->ワイヤー長軌道(非線形)を計算して追従&モータの協調動作を実現
• 画像認識も行っている

できること

• 歩行（前進、後退、回転）
• 認識（お手）

メカ構成

基本的に、3Dプリンタとレーザー加工機で製作。骨組み等はホームセンターで入手可能で安価なものを利用。

モータは秋月の連続回転サーボ（エンコーダ付き）FB5311M-360を使用。

• 根本にアクチュエータを集約し、ロボットアームを軽量化
• 肩関節は2自由度3ワイヤー、肘関節は1自由度2ワイヤー
• 両腕と足回り2輪で、合計12個のモータを使用
• モーメントアームを大きくし、減速比を上げてトルクを大きくした。

回路構成

• ESP32を使用
• 秋月のI2C接続16チャンネル　サーボ＆ＰＷＭ駆動キットを使用
• 電源は5v4AのACアダプターx2

ソフトウェア構成

ROSを使用し、IK等にはEusLispを利用した。次のような順番で処理を行っている。

1. (python)Coral TPUからPoseArrayトピックをサブスクライブし、人の姿勢の判別等を行ったり、カメラ画像の色で画像処理を行ったりする。実際はAction Serverとして、呼び出された時のみ処理を行う
2. (euslisp)画像認識の場合はAction Clientとなって利用
3. (euslisp)ロボット手先の軌道を作成
4. (euslisp)手先の軌道をもとにIKを解き、関節角度軌道を作成
5. (euslisp)関節角度軌道から順運動学でワイヤー長軌道を作成(関節角度とワイヤー長は非線形)
6. (euslisp)ワイヤー長軌道と時間、制御パラメータ等をまとめたものを分割し、Float32MultiArrayトピックとしてESP32に送る
7. (ESP32)受信した軌道に欠落がないことを確認し、モータの角度軌道に変換
8. (ESP32)モータの角度軌道をもとに、エンコーダのフィードバックを使って追従制御&協調して動作させる

CAD(SolidWorks)で設計したデータをもとにURDFファイルを作成し、STLを貼り付けた。これを使用して、eusのビューワやRvizでシミュレーションを行った。eusはURDF,yamlから変換してロボットモデルを自動生成した。

サーボの初期化

特定の姿勢の状態で、ワイヤーを手動で張り詰めた状態にする。このときのアブソリュートエンコーダの値を読み、サーボ角度とワイヤー長の関係を得る。

使用時は、まずこの初期化のプログラム実行してから、PCとの通信・制御等のプログラムを実行する。

発表実演手順

準備

roscore

wire_initializeスケッチ

• 電源は外し、init_pinも外して書き込む
• リセットボタンを押す->電源つける->init_pinつける
• シリアルモニタで異常なしを確認、値をコピー

wire_pullスケッチ

• コピーした値を貼り付ける
• 電源は外し、init_pinも外して書き込む
• リセットボタンを押す->電源つける->init_pinつける

rosrun rosserial_python serial_node.py

euslisp

jishupro/euslispに入る

emacs demo.l

シェルを開いて

roseus "demo.l

walk-prepare

USBカメラ

ここで初めて、カメラとCoralを付ける。

• フリーズした場合、カメラを挿し直すと改善することがある。

ls /dev/videoでvideo1があることを確認する。

rosrun uvc_camera uvc_camera_node _device:=/dev/video1

• PCのカメラの場合rosrun usb_cam usb_cam_node

Edge TPU

source /opt/ros/melodic/setup.bash

source ~/coral_ws/devel/setup.bash

roslaunch coral_usb edgetpu_human_pose_estimator.launch INPUT_IMAGE:=/image_raw

Action Server

python cv_pose_action.py

発表

eusプログラム

• walk-prepare
• walk-both
• walk-back
• rotate
• yc

リンク集

eusモデル、関数など

https://github.com/ssk-yoshimura/jishupro/tree/master/jishupro#readme

諸注意など

https://github.com/ssk-yoshimura/jishupro/tree/master/jishupro/euslisp#readme

エンコーダ付き連続回転サーボの処理

https://github.com/ssk-yoshimura/jishupro/tree/master/jishupro/sketch/PCA9685_Sample5#readme