かわロボ 進捗状況

こんにちは。1年のしゅんもです。
この記事は「慶應ロ技研 Advent Calendar 2016」の10日目として書いております。ついに2桁目突入ですね!

さて、今回は僕が来年出場予定のかわロボ(正式名称:かわさきロボット競技大会)についてお話したいと思います。

かわロボとは

かわロボには、Jr.ロボット部門とバトルロボット部門がありますが、僕達が出場する予定なのはバトルロボット部門です。バトルロボット部門では、腕機構を持ったロボット同士を、凹凸のある190 cm四方のリング上で対決させます。細かいルールはたくさんあるのですが、ここでは割愛させていただきます。

足機構

僕は機構担当なので、機構についてのみお話します。電装については、ishtarmk2の「かわロボの電装、特にPN混合型モータドライバについて」を御覧ください。

さて、かわロボでは、単なるタイヤやキャタピラを用いることができません。競技規則により、リンク機構を用いて移動するよう設計することが求められています。リンク機構には、4節ヘッケンリンク、スライダーヘッケンリンクなど、様々な種類があるのですが、僕には十分な知識がないので、今回は、基本となる4節ヘッケンリンクと、僕たちの機体で採用した「インナークランク型リンク」(勝手に命名)を紹介します。(といっても、先輩から教えてもらっただけなのですが・・・)

4節ヘッケンリンク

プレゼンテーション1.jpg

上図のような機構を4節ヘッケンリンクといいます。点BとCはロボット本体に取り付けらており、点Bが回転することによって、脚(黄色の部分)が弧を描きます。特に、a=bかつc=dを満たすものをヘッケンリンクと呼び、このとき、足の軌跡が真円になるため、ロボットのがたつきがなくなります。

インナークランク型リンク

インナークランク型とは、上図の赤色のリンクに相当するものをクランクに置き換え、脚に相当する黄色の部分に組み込んだものです。このインナークランク型リンク機構の最大のメリットは、回転軸を1本にまとめることができる点です。

4節ヘッケンリンクでロボットを前進させるには、位相を120度ずつずらして3つ重ねる必要があるのですが、この機構だと、動作時に回転軸(点B)上をリンクの連結部分(点D)が通過するため、回転軸を1本にすることができません。回転軸を1本にしなくても作れるのですが、組み立てや設計が大変になるようです。

一方、インナークランク機構にしてしまえば、回転軸が1本にできるので、構造がとても簡単になります。ただ、インナークランクでは、”ヘッケン”機構にすることは不可能です。その為、ロボットのガタツキ(上下運動)を抑えるよう、足の形状を工夫する必要があるらしいです。(まだやっていません)

腕機構

まだ何も手を付けていません。試作品が完成したら、順次更新していきます(たぶん・・・)

ロボットの骨格

機体を設計するにあたって、僕が最も重視しているものは、機体の「丈夫さ」です。かわロボではロボットが激しくぶつかりあうので、変形や破損が起きないよう、頑丈にしております。ただ、現段階(モーター、電装及びアーム無し)で、なんと2.4 kgもあります。つまり、モーター6つ(移動用4つ+攻撃用アーム用1つ+復帰用アーム用1つ)と電装を合わせると、だいたい4.0kgぐらいになってしまう計算です。(アーム無しなのに)かわロボの制限重量は3.3 kgなのでかなりまずいです。やはり、単純に頑丈にさせれば良いと言うわけでないようです。大幅な軽量化をするため、現在考えていることは、
①シャーシの梁(?)の本数を減らす
②足の素材をABS樹脂に変更する(ただ、現在の厚さ3 mmでは強度不足かも)
③足のインナーリンクを小型化する
④足ユニット同士を接続しているシャフトの数を減らす
⑤本体を小型化する
などです。特に足は全部で12枚もついているので、見直す必要がありそうです。何か他に良い案がございましたら、ぜひコメントにて教えてください。よろしくお願いします。

まとめ

今回は、かわロボの進捗状況について書いてみました。僕はロボットといってもLEGO Mindstormsシリーズくらいしか作ったことがなかったので、このように1から作るというのは初めてでした。まだ慣れていなくて戸惑うところが多いですが、先輩から助言をもらいながら、完成に向けて頑張っていきたいと思います。

あまり参考になることはなかったと思いますが、慶應ロ技研ではこんなことやってるんだ~と知っていただけると幸いです。

最後までご覧いただき、ありがとうございました。

<2017/03/12 追記>

記事の更新が途絶えてしまい、申し訳ありませんでした。久しぶりに、記事を更新したいと思います。前回の記事を書いた後、昨年のクリスマスイブに川崎市のかわロボサロンに行き、色々とアドバイスを頂きました。
それらを踏まえ、再設計を行ったので、現状について報告していきたいと思います。

まず、頂いたアドバイスをまとめます。

①SolidWorksにて安全率を計算し、最低安全率2は確保する

②操縦しやすいロボットを設計する

③足と足の隙間は開けない方が良い

④リンクの軸を通す部分など、ラジアル方向(軸の接線の法線方向)への負担が少ない場合、ベアリングやブッシュは不要

⑤リンクは厚さ2 mmで十分

⑥肉抜きが多すぎる

この他にも多数のアドバイスを頂いたのですが、私の知識不足により、理解することが難しかったため省略します。特に、素材と表面処理について、多くのアドバイスを頂いたので、今後のロボット製作で活かせるよう、勉強する必要があると実感しました。

そして、頂いたアドバイス、および拝見させていただいたロボットを参考にして、再設計を行ったので、現状について紹介していきます。

まず、初期の機体は肉抜きが必要以上に多く、角ばっている部分が多いため、角の部分に力が集中してしまう可能性があり、強度が保てていないと言われました。そこで、素材はそのままt3のジュラルミン(A2017)
はそのままで、形状を丸みを帯びたものに変更しました。また、曲げ加工を利用して、シャーシをU字型にすることにより、左右でねじれてしまうことを防止できるようにしました。

次に足についてですが、
隙間をなくして揺れないようにした方がいいとのことだったので、素材を摩擦の小さい樹脂に変更し、足と足の間のスペーサーをなくしました。密度的には樹脂<ジュラルミンですが
、強度を保つために厚さを10mmとしたため、足自体の重さは以前よりも重くなってしまいました。これでは、規定の3.3kgを上回ってしまうので、
軽量化するため、足の駆動用モーターを2個に変更し、タイミングベルトとプーリーで前後の足を連動させるように変更しました。

大きく変更した点は以上となります。現在は、CAD設計が完了し、工場(マニュファクチュアリングセンター)にて、シャーシの加工をお願いしているところです。現在の試作品が完成次第、改善すべき点についてまとめ、再度記事を更新したいと思いますので、お待ち下さい。

参考サイト

“ヘッケン脚”.かわさきロボットに魂を売り払うためのWiki.http://uemurakoubou.xsrv.jp/kawarobowiki/index.php?%A5%D8%A5%C3%A5%B1%A5%F3%B5%D3, (参照 2016-10-10)

広告

かわロボ 進捗状況」への1件のフィードバック

  1. ピンバック: コンパイルエラーを出したくない(C言語) | 慶應義塾大学ロボット技術研究会

コメントを残す

以下に詳細を記入するか、アイコンをクリックしてログインしてください。

WordPress.com ロゴ

WordPress.com アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト / 変更 )

Twitter 画像

Twitter アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト / 変更 )

Facebook の写真

Facebook アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト / 変更 )

Google+ フォト

Google+ アカウントを使ってコメントしています。 ログアウト / 変更 )

%s と連携中