マイロボット「BLACK TIGER β」の製作 Part 1
新中小型17軸万能機「BLACK TIGER α」を製作することとしたが、さらに１機、KHR-1,2の機体をベースに、サーボ10個をハイパワーなサーボに換装した機体（現「BLACK TIGER」以上）が製作可能であることから、新型KHR改造機「BLACK TIGER β」を製作することとした。また、命名は「BLACK TIGER β（ベータ）」 とした(2011.3.18)。
１．新機体「β」製作の基本的考え方（コンセプト）
(1)KHR-1,2の機体をベースにハイパワーサーボで換装した中小型18軸万能機（約２kg）
(2)KHRクラス機とはせず、オープン機（ROBO-ONE準拠機体）
(3)脚部分は現「BLACK TIGER」とcompatibleとし（互換性を持たせた構造とし）、腕を含めた胴体部分も同様
(4)サーボはKRS-4013HV：4個、KRS-2350HV：6個、KRS-788HV：8個を使用
(5)脚はSC-4000CV Shisenkai Conversion KITをベースにKRS-4013HV4個とKRS-2350HV4個を配置
(6)アームは2350用（アルミ６個、ポリカーボネイト８個）とKHR用（アルミアーム、ポリカーボネイト８）
(7)コントロールボードはRCB-3HV
(8)ブラケットはKHR用を使用
(9)バックパックはKHR-3HV用
(10)追加部品調達はRCB-3HVとメタルホーン数個のみ
(11)第1段階として脚部分を組み立て検証、第2段階としてサーボとフレームのみで機体を組立てて機体の検証、その後コントロールボードなどを追加、プロトタイプ完成
(12)ジャイロ、加速度センサーは「α」との共用とする。
２．新機体「β」仕様 （現段階での仕様で順次改訂の予定）
（1）脚部：SC-4000CV Shisenkai Conversion KIT
（2）胴体部分：KHR-1,2
（3）胴体旋回軸、足旋回軸なし
（4）腕：軽量化
（5）足裏：バスタブソール
（6）コントロールボード：RCB-3HV
（7）センサーボード：MANOIセンサーボード（発声装置搭載）
（8）ジャイロセンサーｘ２、加速度センサー
３．RCB-3HVの設定
（１）シリアル制御
PWM制御から「NEO」と同じ、シリアル制御に変更。
（２）「BLACK TIGER β」Channel配置
４．部品の調達
「BLACK TIGER β」製作にあたっては、新規調達部品をできるだけ少なくすることとしている（現時点での発注は4000アーム、ボディポストのみ、あとはRCB-3HVとバックパック）。
５．機体の製作
（０）部品の塗装
「BLACK TIGER」を踏襲して全体的に黒に塗装する。手先と足裏はタイガーの爪を想定して塗装しない。アームなどを黒に塗装。
（１）脚部分の製作（SC-4000CV Shisenkai Conversion KIT）
@足首部分を組み立てた。足のベースはKHR-1用を足裏はバスタブソールを用いて、足ロール軸サーボはKRS-788HVとした。
ASC-4000CV Shisenkai Conversion KITの脚上部を作成。サーボはKRS-4013HV各2個計4個。
B膝下のサーボブラケットのネジ穴を広げてKRS-2350HVを取り付け、サーボアーム4000Bを取り付けた。
Cサーボアームを組み合わせた（足首用700＋2000、脚基部用4000＋2000）。これで脚部分のパーツがすべて完成
D脚の組み立て。サーボ軸が一直線になるようにサーボアームを取り付けた。
（２）腕部分の製作
@腕は3軸としBTスタイルを踏襲。
A腕付け根のサーボホーンはメタル製を、アームはアルミタイプを使用（KHR-1用の肩サポーターが使用可能となる）。
B肩サーボのブラケットは四川会レッグセットのブラケット（黒）を利用。サーボはKRS-788HVでメタルインサーボホーン使用）
C肘サーボはKRS-788HVとし、肩と肘の接続用のブラケットはSC-78X-Aを使用。
D手先サーボ（KRS-788HV）のブラケットにはSC-78X-Aを使用し、KHR-3HVの手を取り付け。
E腕の組み立て。
（３）胴体部分の製作
「BLACK TIGER β」の胴体のコンセプトは以下のとおり
@BTとの差別化（サッカーのスローイン力の強化と腕を使ったジャンプ旋回の試行など）のため、腕付け根はKRS-2350HVとする。
「KHR-1用のKRS-2350換装用ボディ」（現在BTに使用中）と「KHR-2用のKRS-2350換装用ボディ」を交換すると新たな穴あけ等は不要。
A必要パーツ：「KHR-2用のKRS-2350HV換装用ボディ」、KRS-2350HV4個、サーボホーンガンメタリック2個、KHR-1用アームサポーター2個、KHR-1用アルミアーム2個、KHR-1用ヘッド取り付け台、LEDヘッド、ボディポスト。
現在「BLACK TIGER」に使用しているボディーはもともと腕基部と脚基部のサーボ4個をKRS-2350に換装するための「KHR-１用KRS-2350換装ボディ」で、「BLACK TIGER」では脚基部のみをKRS-2350HVに換装して使用している。
これを「BLACK TIGER-β」のボディに使用するとKRS-2350HV4個の換装が問題なく可能となる。それにより胴体のみならず全体の組立（コントロールボードを除く）が直ちに可能となる。
「BLACK TIGER β」の胴体部には、初めて参加した「6th ROBO-ONE Technical
Conference（2005年6月4日開催）」で配布された「KHR-１用KRS-2350換装ボディ」を使用することとした。入手してから6年ぶりに本来の仕様で機体になった。
「KHR-１用KRS-2350換装ボディ」のパーツはボディ前後2枚、肩付根サーボブラケット前後各2枚、下部電池固定板。これらはすべて切削した形で配布されたが、2年ほどまえにRoboSpotで肩付根サーボブラケット前後各2枚、下部電池固定板を折り曲げて使用できるようにしておいたもの。ただ、いざ使用しようとすると見当たらないパーツが幾つかあった。
ボディー前後2枚は「BLACK TIGER」のボディに使用中、これは脚付根のサーボ2個をKRS-2350
HVに換装するためで承知していた。「BLACK TIGER」の胴体部分を分解して回収（「BLACK
TIGER」の胴体部分は新たに余剰パーツで製作の予定）。
肩付根サーボの固定に使う前部ブラケットはパーツ箱にあったが、後部ブラケットがどうしても見つからない。捨てたわけがないと散々探したところ、チロルチョコ大会用に製作したロッポ型ロボット「BT-R」の腕サーボの固定に使ってあるのを発見、これを回収（「BT-R」は再構成の必要あり）。
さらに、下部電池固定板も見当たらない。最近まであったのは覚えているので、捜したところ、「BT−L44」の電池固定用の蓋に使用しているのを発見、これを回収。
すべての部品がそろったところで、「BLACK TIGERβ」の胴体を組み立てた。ねじ穴などはすべてぴったり合っており、4個のKRS-2350HVを換装して、胴体が仕上がった。
（４）機体の組立
胴体部に組み立ててあった腕部、脚部を取り付けて、「BLACK TIGERβ」の機体が 完成した。なお、胴体上部の「ヘッド取り付けパーツ」は「BLACK TIGER」のものをそのまま使用することとした
（「BLACK TIGER」の胴体上部の「ヘッド取り付けパーツ」は新たに余剰 パーツで製作の予定）。
（５）配線
バックパックセットAを設置。RCB-3HVをバックパックの中央に配置。コード長は、CH12,17＝20cm、CH13,18＝27cm、CH14,19の延長コード＝12cm、CH15,24 の延長コード＝15cmとした。その後、配線。「BLACK TIGER β」のプロトタイプ完成。
（６）ホームポジションとトリム調整
「BLACK TIGERβ」のサーボはシリアル対応のKRS-4013HVとシリアルに対応していないKRS-2350HVの混ぜて使用しているので、サーボはPWM方式で制御することとした。トリム調整後、HPとスタートアップモーション、屈足終了モーションを作成した。
（７）足底の変更
足底をバスタブソールからバスタブソール大へ交換。
（８）ジャイロセンサーの設置
「BLACK TIGERβ」本体にジャイロセンサー2個、ピッチ軸用（P)、ロール軸用（R)をKHRの電池収納部の底番（P)、電池収納部内背面下（R)に両面テープで設置し、（P)をAD1に、（R)をAD2に接続した。
（９）無線受信機の設置
無線受信機は左肩の上に設置することとし、コードを配線した。
６．自律システム搭載
（１）センサーボードの設置
・センサーボードからRCB-3への接続用の配線をバックパックの上へ穴を通して出した。これで直接、外側上部のPC用端子への接続が容易となり、しかも切り替えコネクタも不要となる。
・PCB-3HVからセンサーボードへの電源コードを接続、取り外しが容易なように延長コードで接続することとし、接続を間違えないようにコネクタに赤のテープを貼り付けた。
（２）PSDセンサーの配置
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕前面）：10
●PSDセンサー SHARP GP2D12（右腕前面）：11
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕側面）：12
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕背面）：13*
●PSDセンサー SHARP GP2D12（右腕側面）：14
・PSDセンサーの配線を完了。なお、当初SHARP2YOA21を搭載したが、ベースラインが高いのでSHARP GP2D12と交換した。
「BLACK TIGER β」自律システム搭載 2011.5
KHR-2HV 改造機（KRS-2350HV×6, KRS-3013HV×4）:Open Class 機
（３）姿勢感知センサーの設置
@３軸加速度センサーVer3 AS-3ACC-3：ヘッダピン2mmピッチを6個はんだ付けした。また、ジャンパをはんだ付けして1.5Gモードに変更した。
A３軸加速度センサーVer3 AS-3ACC-3：はんだ付けしたヘッダピンに、MANIOセンサーボードに接続可能なように、センサーコードをZ端子、G端子、3.3V端子にそれぞれ接続した。
B３軸加速度センサーVer3 AS-3ACC-3を搭載、設置場所に適当なところがないので、バックパックの裏ぶた端に両面テープで２面を固定した。センサーボードに接続して動作を確認した。センサーを90°傾ける毎にセンサー値が変動することを確認した。
（４）超音波センサー（受信）の設置
@超音波センサー（受信）USRX-1：本センサーは基準電圧が５Vであるが、3.3Vでも使用できそうなので、延長コードの端子を交換して、MANOIセンサーボードに接続できるようにした。センサーとコードの接続部分をホットメルトで固定化して補強した。また、超音波センサー取り付け金具を取り付けて、BT-βの肩に設置できるようにした。
A超音波センサー（受信）をBT-βの向かって左肩上に両面テープで設置。こちらは超音波の受信は、発信器から発信する必要のあることから別途確認することとした。
（５）自律センサーシステムまとめ
これで、当初予定した自律システムに必要なセンサー類の搭載を完了した。MANIOセンサーボードへの接続端子は以下のとおり。なお、当初SHARP2YOA21を搭載したが、ベースラインが高いのでSHARP GP2D12と交換した。
●超音波センサー受信 USRX-1(本体左肩）：9
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕前面）：10
●PSDセンサー SHARP GP2D12（右腕前面）：11
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕側面）：12
●PSDセンサー SHARP GP2D12（左腕背面）：13*ビーチフラッグでは不使用
●PSDセンサー SHARP GP2D12（右腕側面）：14
●3軸加速度センサーVer3 AS-3ACC-3（センサーボード上）：15
なお、端子３は異常値を示したので使用しないこととした。
MANOIセンサーボードへのPSD接続はフリーズのリスクを考慮して4個までとした。ビーチフラッグでは前面2個、左右2個の合計4個。なお、自律バトルの際には、超音波センサーを後方に設置することとした。
「BLACK TIGER-β」にアスリートカップの自律競技（ビーチフラッグ、自律20m）用に自律機能を搭載した。アスリートカップはKHRシリーズの改造機であれば改造に制限なしであるので、出場資格あり。
「BLACK TIGER」は自律機能を搭載するには機体がパワー不足であったが、「BLACK TIGER-β」はKHRをベースとしながら、ハイパワーサーボKRS-2350HV6個とKRS-4013HV4個を搭載したハイパワーなKHR改造機体となっているので、自律機能を搭載しても十分に動作可能である。
７．モーションの作成（KHR-2HVサンプルモーションのBT-β2への変換）
（１）機体CH配置の再構成
「BLACK TIGER」のモーションを利用できるように「BLACK TIGER β」のCH配置を「BLACK TIGER」と同じに再配置し「BLACK TIGERβ2」とした（「BLACK TIGER β2 」Channel配置）。
@旧配置におけるCH12,13とCH17,18のサーボはHPポジションに合わせてあったが、それぞれトリムポジションに戻した。
ACH配置を「BLACK TIGER」（KHR-2HV）のCH配置に配線を変更した。
Bトリムポジションを調整した。
Cホームポジション（HP)を作成した。
DスタートアップモーションとしてHPを設定した。
（２）モーションの作成
CH７（右肩サーボ）KRS-788HVのハンチングが激しいのでサーボを交換したところ、ハンチングが治まった。
@前進モーションを作成。４ポジション（speed:6)で作成したが、一応の完成、さらに改良の余地あり。
Aジャイロの設定、ピッチ軸CH13,CH19ｘ８、ロール軸CH11,17,CH14,20 ｘ３を設定。さらに改良の余地あり。
D左・右横モーションを作成。2ポジション（speed:7)で作成したが、完成。サーボにパワーがあるとモーションが安定して作成しやすい。
（３）モーション変換：「BLACK TIGER」⇒「BLACK TIGER β2」への変換
「BLACK TIGER-β」のCH配置を「BLACK TIGER」と同じに再配置して「BLACK TIGER β2」とし、BTとモーションの互換性を図ることとした。BT-β2では脚部分にShisenkai Conversion KIT SC-4000CVを使用しているので、KHR-2HV脚からShisenkai Conversion KIT SC-4000CV脚への変換が必要である。このためBTのモーションをBT-β2のモーションへの変換する方法を検討した。なお、変換に当たってはROBOSPOTの2007.7.24、7.26 記事を参照した。
１）ホームポジションの変換
@リバース変換：CH12, 19をREVERSE変換した。これらはBTとBT-β2ではサーボの向きが反対となっているため。ほかは同じなので変換なし。
Aサーボ変換：CH12,13,18,19はKRS-788HVからKRS-4013HVへ換装しているが、可動角度が180°から270°に拡大したので、180÷270＝0.67を乗じて調整した。
Bサーボポジション変換：CH12,13,14,18,19,20（脚部）とCH2,3,6,7（腕部）に加算してポジションの差分を調整した。
C以上の３段階変換によりBTのHPがBT-βのHPに変換されることを確認した。
２）モーションの変換
BTの前進モーションを一括して上記@-Bの変換によりBT-β2の前進モーションに変換したところ、BT-β2の前進モーションとして動作することが確認された。この変換操作で、BTのモーションがすべて利用可能となった。
３）スピード変換の実施
@スピード変換する必要がある理由は、KHR-2HVのRCB-3JHVでは出力周期が20[msec]で、KHR-1HVのRCB-3HVは15[msec]となっている。したがって、20÷15=1.33・・・なので1.33倍してモーションを遅くする必要がある。
ABT用に新たに作成した両面起上りなどはスピード変換は不要である（BTはRCB-3HVを最初から搭載している）。
BBTの前進モーション（サンプルモーション由来）は変換後、確かに若干速いので、スピード変換４を追加してみる。なお、スピードの変換はどこかひとつのCHのみで有効になる（今回はCH1に設定）。
Cスピード変換を追加実施したところ、変換したBT-βの前進モーションのスピードが低下し、安定したモーションとなることが確認された。
４）BTからBT-β2へのモーション変換操作まとめ
以上の変換操作を BTからBT-β2へのモーション変換操作 としてまとめた。
５）BTモーションのBT-β2への変換
@両面起上、A後進、B左・右旋回モーションをBTモーションから変換して作成した。
（４）モーション変換：「KHR-2HV」 Sample Motion⇒ 「BLACK TIGER」⇒「BLACK TIGER β2」への変換
１）「KHR-2HV」 Sample Motionから 「BLACK TIGER」モーションへの変換
・「BLACK TIGER-8」のモーションはすべてKHR-2サンプルモーションを変換したもので、BT-10に使用可能であり、これはBT-βへ変換可能。
・BT-8におけるサンプルモーションからの変換法は、「KHR-2のサンプルモーションに「BLACK TIGER」RCB-3のホームポジションの値をLINK機能で加えてやれば、」RCB-3へ変換可能となる。この変換法はBT-8に残っており、sample変換 とsample変換Aがある。Sample変換しさらにBT-β2用に変換するとHPが一致する。Sample変換AはHPが少し前に出る。
・Sampleモーションの旋回4(右）をsample変換とBT-β用変換でBT-β用モーションの作成に成功。
２）「KHR-2HV」 Sample Motion⇒ 「BLACK TIGER」⇒「BLACK TIGER β2」への変換
・sampleモーションから直接BT-β2用H&HでBT-β2用に変換できるように、BT-8にあるsample変換 条件を追加した。
・sampleモーションからBT-β2用モーションへの変換は、@sample変換、A変換β1（REV)、B変換β2(4013）、C変換β3（ADD)、D変換β4（SPE) 。
（５）変換モーションの検証
ロボット・アスリートCUP2012JAN in はまぎんこども宇宙科学館(2012.1.29)の無線５m走に参加。無線５m走には４機参加したが、2回の記録では、「BLACK TIGER β」が、殿堂入りしていたGr.GIYさんの11.78秒に次いでの記録28.47秒で優勝した。
今回は、前進モーションが若干右に曲がったが、スラロームを組み込んでなかったので、方向を修正するのに時間が取れられた。転倒はなかったので、まずまずの記録か。サンプルモーションが変換によりBLACK TIGERβ2に利用可能なことが実証できた。
The 1st Run
The 2nd Run
８．自律システムの検証
（１）自律ビーチフラッグにおける自律センサーシステム
「ロボット・アスリートCUP2012JAN in はまぎんこども宇宙科学館」（2012.1.29)での自律ビーチフラッグ競技における自律センサーシステム
@センサー配置
超音波センサー前面右肩上9、PSD前面左10、PSD前面右11、PSD左横12、PSD右横14、（予備PSD後右13）、加速度センサーバックパック裏ぶた15
Aセンサールール：SensorRuleB3-1
・スタートは３とおり@12：旋回2回前進、A14：旋回3回前進、B12/14:旋回1回右横
・PSDセンサー感度設定：近接前1200〜4095、中接左右1800〜4095、捕捉前400〜1199、捕捉左右1799〜4095
・超音波センサー感度設定：捕捉前1000〜4095、探索前0〜999
・加速度センサー感度設定：転倒下向0〜1000、転倒上向2600〜4095
（２）自律ビーチフラッグ実戦試験
決勝トーナメント１回戦で磯工チームと対戦したが、スタートの起上り時に転倒して、方向を見失い、また、フラッグの超音波を感知できずにスタート地点に留まり完敗、１回戦で敗退した。磯工チームは見事フラッグを倒して、準決勝に進み、さらに決勝でも勝利して優勝した。
BLACK TIGER β vs 磯工ガーディアン
（３）ビーチフラッグの反省と今後の改良
１）前進モーションが右に曲がるので修正、両面起上りがずれるので修正、左横移動が前へ曲がるので修正。
２）スタート時にPSDセンサーの右、左、左右でスタートするように３とおりを設定したが、左右でスタートがうまく動作せず、右または左の設定がスタートしてしまった。⇒PSDセンサー１個によるスタートの設定は右または左の２とおりにすべき。
３）ポールの超音波発信器の向きがスタート方向を向いていなかった模様。⇒スタート時に確認すべき。向きが正しくないと、感知できないおそれがある。（実際に今回はスタート地点で超音波を感知できなかった）。
４）スタート時に転倒した。⇒スタート時に転倒しないようにする。９０°２回は中止し、９０°１回横歩き、３０°３回前進の２とおりのスタートとする。
５）パンチカーペットがゆがんでいて、スタート時の起上り時点で意図した方向へ起上り・旋回・移動しなかった。⇒スタートの起上り・旋回後の時点で超音波センサーによる方向の確認を行うセンサールールを挿入する。
６）移動が少なかったが、加速度センサーの誤作動はなかった。
７）探索の旋回モーションの再生が確認できた。
８）スタート後の前進（横移動）歩数が何歩が適当か検討する。
「BLACK TIGER β」Versionは以下のとおり
「BLACK TIGER β（１）」：プロトタイプ（Part１）
「BLACK TIGER β2」：Channel配置を「KHR-2HV」「BLACK TIGER」と同配置に変更（Part１）
「BLACK TIGER β3」：腕構造を変則3軸から旋回軸に変更及び足ロール軸KRS-4013HV換装（Part２）
「BLACK TIGER β3-2」：腕構造を変則3軸から旋回軸に変更し肩サーボKRS-2350HV換装及び足ロール軸と脚下ピッチ軸KRS-4013HV換装（Part２）
マイロボット「BLACK TIGER β(1), 2」の製作 Part 1
マイロボット「BLACK TIGER β3, 3-2」の製作 Part 2
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