NHK学生ロボコン2019を振り返る4/4(機構編)

こんにちは、前年度の機構長です。二ヶ月ほど空きましたが、今回は機構的な面から大会を振り返ります。

ここでは、四足歩行、シャガイ投射、ゲルゲ受け渡しに分けて書いていきます。

まずは今大会で一番難しい四足歩行について話したいと思います。 ルールの発表後、皆でアイデアを出してから、使えそうな四足の機構を五機に絞って作成を進めていた。(今思えばそれが苦難の始まりでした) NHK初の歩行ロボットなので、今までの足回りの経験を活かせないことから、試作機の開発が必要不可欠であった。 ただ今回の開発した試作機の多くはルールを満たした歩行ロボットであって、そこから本番機まで進化できるロボットではなかった。 試作機の開発にメインなメンバーを配置し、完成がいつもの締め切りより大分遅くなりました。 途中いくつかの試作機の開発を中止しシャガイ投射やゲルゲ受け渡しなど他の開発に人員を移した方がいいかどうか大分悩みましたが、初めての四足歩行ということもあって、結局全部完成させたことになりました。 そして、一次ビデオで一番まともにタスクをクリア出来る直動型四足歩行ロボット(とある強い先輩が爆速で作ったもの)が採用されました。 横、縦方向にそれぞれ四つモーターとエンコーダーを用いて、直動で四本の足を移動することによって、前進や回転を行う四足ロボットです。 動き自体は単純だと思うかもしれないですが、制御の仕方によっては動きが全然違うことになります。 ただ足を上下左右移動させるではなく、歩行パタンやサイクルをうまく調整することによって滑らかな直進や回転することができる。 直動機構を多く搭載されて、モーターやセンサーも多く使っているので、基板配置や配線の問題がありました。(前制御長と一緒に頑張って解決しました)  また、砂丘の認識するために試行錯誤を重ねて足裏にリミットスイッチ、バネや3Dプリンターパーツを使って接触認識機構を作りました。 そして、今回最も苦労したのは上下する足のモジュールの部分でした。 四足の重量を支えてかつ高速で足を上下させるので、足に結構負荷がかかります。 足を上下させる機構はラックアンドピニオンを用いて作られていて、ギヤとモーターのギヤヘッドの軸は同一軸なので、足に与える衝撃がダイレクトにギヤヘッドに伝わります。 最初は軸とギヤヘッドが軸貫通で繋がってるせいで、ギヤヘッド二個ほど死にました… 太い軸の穴にねじ切って両側ボルトをとめてやると、ギヤヘッドが死ぬ前に先にねじ穴が死ぬようになりました。 ってことは代わりにねじ穴が大量に死にます→壊れた度に追加工するか新しいパーツを作る羽目になる。(大変でした) 本当はギヤとモーターのギヤヘッドの軸は同一軸ではなく、間に多数のギヤをつけるべきでした。 本番は予備パーツを持っていて乗り切りました。(夜遅くまで先輩が一緒に頑張って作ってくれました。本当にありがとうございました!)

 

次にシャガイ投射について。 今年は主に直動型投射機構と回転型投射機構に分けて開発しました。 直動型投射機構はマウンテンの壁にシャガイのヤギの面にぶつかって馬の面を出すように制作するのに対し、回転型投射機構は太いエアシリンダと強力なバネを併用した力でシャガイを遠投するように制作を進めていました。 直動型はエアシリと定荷重バネを併用して開発し、実験を繰り返し、在庫にあるバネの力が足りない、壁に衝撃した反動が大きいことから馬の面が出せないリスクが高い、機構自体への反動が大きいなどの理由で開発を断念しました。 そして回転型投射機構を採用し、遠投三発連続投射し、馬の面を出すチームに対しての妨害にもできる方針で開発を進めていました。
「力こそパワー」な機構なので、投射するたびの反動が大きくて、機構自体が大きなダメージを受けてしまい、色んな角管や丸棒が曲がってえらいことになってしまいました。(その末に折れることに…)  二次ビデオの後先輩らの力を借りて急遽補強バージョンの投射機構を作り直したお陰で、最後まで特に角管や丸棒が撓むことなく正常に動作できました。(お見せすることなく終わりましたが…)

 

最後にゲルゲ受け渡しについて。 如何に速くスムーズに受け渡しできるについてアイデアを考え、滑り台でゲルゲを落とす案と直接掴んでゲルゲを引き抜く案に分けて開発を進めていました。 試作機構を作成し実験した結果、確実性と速さを総合的に考えた結果直接掴んで受け渡しする案を採用しました。 動きの流れとしては、橋を抜けた後ゲルゲ保持部を90度回転させてそのままMR1が直進し、ゲルゲがMR2側の受け取り部に接触してからバネの力でゲルゲを挟んでMR2が前進しそのまま引き抜く形になります。 MR1が直前にある程度減速してからMR2に突っ込む時の衝撃を緩和吸収するために、MR1のゲルゲ保持部にレールと定荷重バネをつけて解決しようとしました… 在庫にある定荷重バネが強すぎてうまく衝撃を緩和出来なかった。 新たな定荷重バネの発注はしたものの、納品が想定してたより遅れて間に合わなかった。 そこで、僕たちが取った行動はなんと代わりに輪ゴムを使って乗り切りました(?) (毎回輪ゴムのテンションをチェックして取替える必要はあります) 実は受け取り部の方にも似たようなことがありました。 引きバネの力ではゲルゲをしっかり挟むことが出来なかった。(MR2が移動する振動に耐えなくゲルゲが途中に落ちます…) 本来ならエアシリとか使ってしっかり掴める機構にするべきでしたが、時間や人員の余裕がなくそこは超強力両面テープを使って乗り切りました(?) よろしくないことの連発でした… 実際本戦でそれらのせいで試合に影響が出ました。(申し訳ない気持ちで一杯です)

今回は全体的に開発とアイデア出しが共に不十分でした。 アイデア出しをもっと深く考え、開発人数に適した試作機の必要な数だけ開発を進めるべきでした。 今は頑張って新入生教育を進め、開発や運営の見直しをして、次こそ良い結果を出していきたいと思います。

まだまだ書きたいことはありますが、気付いたら結構長くなりましたので、最後にMR2の写真だけ載せて終わろうと思います。
この先も応援の方よろしくお願いいたします!

NHK学生ロボコン2019を振り返る3/4(回路編)

おはようございます。NHKロボコン2019でRobohanの回路長を務めさせていただいたものです。

今年度の回路の振り返り記事ということで毒薬にもならないひとりごとを漏らしていきますがお暇な方は耳を傾けていただければと思います。

まずは「回路ってなぁに?」という方に軽く説明をさせていただきます。

ロボットといえば猫型ロボットや宇宙で戦うロボットを思い浮かべる方がいるかもしれませんが、ロボットは自動にしても手動にしても共通するのは”そう動くようにプログラミングされている”ということです。しかしコンピューターがプログラム通りに動きを演算するだけではロボットは動きません。そこで必要となるのが回路、すなわち基板なわけです。

ロボットの動き(どのモーターをどれくらい回すか,各種センサーの情報からロボットは今何処にいるのか)などを計算する、脳の働きをするメインマイコンが乗ったメイン基板…(1)はもちろんのこと、それと通信しモーターを回すモータードライバ基板…(2)、各種センサー用の基板…(3)などなど…。

これらを作るのが回路班の役目。しかし基板というものの特性上、一度汎用性の高いものを作ってしまえばほとんど新しいものを作らなくて済むのです。そして幸か不幸かこの(1)~(3)は全てだいたい動くものが既に作られていました(気になる方は去年の記事を参照)。

じゃあ何もすることないじゃんとなるところですが、それでは面白くありません。それに”動く”というだけでまだまだ改良の余地はあったのです。というわけで、こいつらをアップグレードしよう、この可愛らしいキャラクターの描かれた基板(去年の記事参照)を機体からひっぺがしてやろうというのが今年の目標となったわけです。

で、実際どうなったかと言いますと大体冬ぐらいまで、各基板のマイコンを↑の先輩によって導入された新しい、スペックの高いものに載せ替える作業をしていました。

先輩の技術も上手く引き継げて基板も良くなりハッピーなわけですが、それだけというのも物足りません。そこで春頃、その先輩も匙を投げていた通信の高速化に挑戦してみました。すると運良く上手くいってくれてぎりぎりでしたが実装完了、基板達の動作は目に見えて速くなってくれました。

結果、去年と同じく本番では基板達は不具合なく動いた上、去年よりもいい動きを見せてくれました。ですので今年の回路はおおよそ上手くいったと言えるかと思います。

図1. 新作モータードライバ

しかし、反省点もあります。

一つは基板が(去年の記事参照)のとおり一式作り替えられたため新たに量産する必要があり、試作のロボットを大量に作った段階でそれを動かす基板が不足がちになってしまったことです。

もう一つ、新しく作った基板達ですがデバックが甘かったこともあり機体に乗せてからバグが判明そして修正、なんてこともありました。

来年はもっと余裕を持った開発をすべきだと痛感させられました。

さてでは私はこの辺で筆を置き、一年生達の指導に戻ることとします。この話の続きはきっと優秀な後輩たちが描いてくれることでしょう。ここまでお付き合いありがとうございました。そして先生方、応援支援してくださった皆様には本当に感謝いたします。この先もRobohanは成長してまいりますので何卒ご協力お願いします。

NHK学生ロボコン2019を振り返る2/4(制御編)

こんにちは。
NHK学生ロボコン2019の制御長をつとめていた平尾です。(現在では元制御長ですね。)
Robohanにおけるロボットのプログラムの作成を統括していす。今回はNHK学生ロボコン2019の振り返りを行っていきたいと思います。
今回のルールにおいては重要となったのがロボットの位置をロボットにどのようにして認識させるかでした。
NHK学生ロボコン2019においては二台のロボットの製作を要求さ
れ、そのうちの一台は自動操縦で目標地点まで障害物を突破しつつ移動していく必要がありました。歩行ロボットの位置をセンサーで読み取ることはRobohanにとって初めてのことであり、従来とは全く別の方法を使う必要がありました。
我々Robohanはこの問題を対象物との距離を測ることができる特殊なカメラを使って解決しようとしましたが、開発が難航し、結局打ち切りとなりました。代替案としてジャイロセンサーや加速度センサーを使って位置を読み取ることにしましたが、それも本番においてコースが想定と違ったことに対応できませんでした。
また、車輪で移動するもう一台のロボットについても、当初は自動で動かす予定でしたが、動作が不安定となり、結局手動で動かすことになりました。
どうしてこうなってしまったのか。原因として以下のようなことが考えられます。
・カメラをもちいた制御にぎりぎりまでこだわり続け、ジャイロなどを使った制御プログラムを完璧なものにすることができなかった。
・開発メンバー自体が圧倒的に人数不足。(制御プログラムを作成したのはたった2名でした。)
・その割に機構の動作の制御依存度が高い。
・スケジュール管理の不徹底。(機構試作機完成は12月、本番に近い形に機体が組みあがったのは3月下旬でした。これはひどい。)
また、これは私の私見ですが、全体に自分たちの力量を高く見積もりすぎていた感覚があります。もう少し、人数や技術力に見合ったものを作った方がうまくいったかもしれませんね。
来年はこれらの反省点を生かし、極力シンプルかつ確実な動作が可能なロボットを作っていきたいと思います。