マイロボット「BLACK TIGER β3」の製作 Part 2

「BLACK TIGER β(１)」は、「KHR-1」のKRS-2350換装用胴体パーツの脚部にSC-4000CV Shisenkai Conversion KITを使用したKHR改造機体として製作した。機体のデザインは「BLACK TIGER」を踏襲している。KHRベースの改造機体でありながら、KRS-4013HV4個とKRS-2350HV6個の10個のハイパワーサーボで換装しており、オリジナルの「BLACK TIGER」に比べ、格段にパワーアップした機体となっている。

また、「BLACK TIGER」と互換性を持たせた「BLACK TIGER β2」は、KHR-2HVのサンプルモーションの転用を可能にしている。さらに、パワーアップした機体を生かして、自律センサーシステムを搭載し、ビーチフラッグなどの自律アスリート競技にも参加可能としている。

しかし、KRS-788HVを使用している腕や足元が脆弱であることから、さらに、KRS-4013HVの換装を増やして、パワーアップを図る余地がある。

一方、ロボット競技会の機体規格はROBO-ONE規定準拠がほとんどであり、これをクリヤーしておけばすべての競技会に参加できる。特に「腕の長さは脚長の120％以内」の規定があるものの、「腕の可動範囲が機体の中心から脚長の120％以内（指極長が脚長の240％以内）」の規定から、腕の長さは脚長以下にしないとクリヤーできない。

「BLACK TIGER β2」の重量は、1.74㎏（バスタブソールL、電池、無線受信器、自律センサー類を含む）となっている。「BLACK TIGER β3」は、ROBO-ONE規定「2㎏以下」に準拠させることとするが（これにより、KONDO CUP オープンクラス機規定には「バスタブソールL」でも準拠することになる）、重量には強化改造のゆとりがある。

１．「BLACK TIGER β3」への改造の基本的な考え方（コンセプト）

①KHR改造機体最強バージョンとする（最終的に機体名を「BLACK TIGER ZETA（ゼータ）」と命名する）。
②KHR-2HVのモーションを転用可能とする。
③ROBO-ONE規定「2㎏以下」に準拠（バスタブソール）する。
④KONDO CUP オープンクラス規定に準拠（バスタブソールL）する。
⑤自律システム（ビーチフラッグ対応）を搭載する。

２．ROBO-ONE規格準拠のための腕の改造

「BLACK TIGER」の特徴としていた変則3軸の腕構造では、ROBO-ONE規定に準拠しないので、一般的な3軸の腕構造に改造することとした。

（１）腕の長さを短くするために、腕構造を「BLACK TIGER」の変則3軸構造から腕旋回軸構造に変更した。長さがまだ長いのと取り付け方を再考することとした。

（２）腕構造をBLACK TIGERの変則3軸構造から腕旋回軸構造に変更したが、腕先のサーボの取り付け方向の向きを変えて、BLACK TIGERの腕構造に近い形とした。

３．脚部の強化

１）強化案の検討

案１．脚下部の直交化（メリッサレッグ化）
脚下部のロール軸サーボKRS788HVとピッチ軸サーボKRS2350HVをそれぞれKRS4013HV、KRS4014HVに換装すると同時に直交化し、メリッサレッグ化する。余剰となるKRS2350HV を腕のKRS788HVと換装して腕の強化を図る。これにより腕ユニットの装備が容易になる。

①直行軸用の足裏を作成
レッグプレートにドリルで穴をあけてロングアームを取り付ける。取付位置は従来、NEO,　αなどと同じ位置の内側後方とし、既存のねじ穴1個を利用して、残り3か所に穴あけ。
②直行軸アームを使用して、KRS4013HVをロール軸に使用。ピッチ軸にはKRS4014HVを使用して足元ピッチ軸を強化。
③腕のKRS788HVをKRS2350HVに換装。

長所：機体・モーションが安定する。余剰のKRS2350HVを腕に転用して腕の強化が可能。
短所：脚長（15cm程度）が短くなり、ROBO-ONE規定準拠が困難。サーボホーン（４＋４）の新規調達が必要。

案２．脚下部の強化
脚下部のロール軸サーボKRS788HVとピッチ軸サーボKRS2350HVをそれぞれKRS4013HV、KRS4013HVに換装するが、直交化は行わない。余剰となるKRS2350HV を腕のKRS788HVと換装して腕の強化を図る。

①ロール軸用の足底を作成
レッグプレートにKRS4013HVを横向きに取付（在庫基盤プレート2個）
②足元ロール軸と足元ピッチ軸のアームの組立て（在庫樹脂製又はアルミ4000アーム）
③アームへKRS4014HVを取り付けて4014に基盤を取り付けてアームを取り付ける
④アームを膝サーボに接続

長所：脚長が若干伸びる。余剰のKRS2350HVを腕に転用して腕の強化が可能。脚長は変わらずROBO-ONE規定に準拠可能短所：フレーム基盤2個と（アルミ4000フレームの場合）サーボホーン（４＋４）の新規調達が必要。脚構造がかなり変わるのでKHR-2HVのサンプルモーションの転用に不安がある

案３．脚下部ロール軸の強化
脚下部のロール軸サーボKRS788HVをKRS4013HVに換装する。

①ロール軸用の足底を作成
レッグプレートにドリルで穴をあけてフレームを取り付けた。取付位置は中央、既存のねじ穴2個を利用して、残り2か所に穴あけ
②足元ロール軸（KRS4013HV)と足元ピッチ軸（既存KRS2350HV）のアームの組み立て（樹脂製4000アームと2000アーム）
③フレームにKRS4013HVを取り付けて、アームを接続

長所：脚長が若干伸びる。樹脂製4000アーム使用でホーンが不要。追加経費不要。脚長は変わらずROBO-ONE規定に準拠可能
短所：改造余地が残る。機体・モーションの安定に懸念が残る。余剰のKRS2350HVを腕に転用しての腕の強化は不可。

２）「BLACK TIGER β3の製作」強化案３の実施

はじめに、案３で脚下部ロール軸の強化を行い、KHR-2HVのモーションの転用、ROBO-ONE 準拠、KONDO CUP 準拠などの確認をを行う。検討結果によっては案２を実施。

（１）足裏のロール軸サーボCH15, CH21をKRS788HVからKRS4013HVに換装した。また、足裏をバスタブソールLからバスタブソールに交換した。サーボを足裏を合わせた重量は、102g⇒120gと+18ｇ増加した。

（２）ホームポジションの調整
・サンプルモーションを利用するには、CH15をreverseに変換、CH15とCH21を788⇒4013の角度調整（x0.67）の必要がある。
・Trim調整後、HPを確認したが、若干後傾するのでTrimで膝ピッチ軸CH13, CH19を+10としたところ、直立するようになった。
・脚長は18.8cm、腕長17.8cm、指極長は49.5cm、もう少しでROBO-ONE規格合致。
あとはモーションの調整。

（３）「BLACK TIGER β3」Channel配置

「BLACK TIGER β3」　腕旋回構造+足裏ロール軸KRS-4013HV換装　2012.6　

KHR-2HV 改造機（KRS-2350HV×6, KRS-3013HV×6）:Open Class 機

３）「BLACK TIGER β3-2の製作」強化案２の実施

BT-βのサーボ換装の第2弾（最終バージョンKHR最強改造機の製作）として、強化案３に続いて強化案２を実施することとした。すなわち、足ロール軸サーボKRS788HVとピッチ軸サーボKRS2350HVをそれぞれKRS4013HVに換装するが、直交化は行わない。余剰となるKRS2350HV を腕のKRS788HVと換装して腕の強化を図った。

①CH14、CH20のKRS-2350HVをKRS-4013HVへ換装。ロングアームとB1をジョイントに上のKRS-4013HVと接続（サーボホーン余剰分2個を使用）。足元のKRS-4013HVとのジョイントにはKRS-2350HVに使用していた樹脂製4000アームを使用（サーボホーン不要）。
②KRS-2350HVを肩のKRS-788HVと換装（アームはKRS-2350HV用の在庫を金属アーム使用、ブラケットは以前KHR-1でKRS-2350HVの換装に使用していたものを使用）。
③手先を短いブラックタイガーをイメージした爪タイプに変更。
これでKRS-2350HV6個、KRS-4013HV8個の最強換装機体となり、腕も強化された。また、ROBO-ONE 2kg以下準拠機体　となった。「BLACK TIGER β3-2」Channel配置。

「BLACK TIGER β3-2」　旋回軸腕肩サーボKRS-2350HV換装及び足ロール軸と脚下ピッチ軸KRS-4013HV換装　2012.6　

KHR-2HV 改造機（KRS-2350HV×6, KRS-3013HV×6）:Open Class 機

「BLACK TIGER β」の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）

４．KHR-2HVサンプルモーションの転用

１）「BLACK TIGER β3-2」への変換
「BLACK TIGER β3-2」は足ロール軸と脚下部ピッチ軸をKRS-4013HVに換装、肩サーボをKRS-2350HVに換装するなどして、機体の強化を図ると共にROBO-ONE２㎏規格に準拠させた。KHR-2HVのサンプルモーションを「BT-β3-2」用に変換する（現時点ではHPと屈足終了のみ）。
①KRS-4013HV換装に伴う追加変換として、CH15をreverseに変換、CH15とCH21を788⇒4013の角度調整（x0.67）の必要がある。
②CH20をreverseに変換、CH14、CH20を2350⇒4013の角度調整（x0.67）の必要がある。
従来の変換法に追加サーボの分を含めて、新たに「KHR-2HV SampleモーションからBTβ3-2への変換」をまとめた。

２）モーションの作成と調整
KHR-2HVサンプルモーションから変換した前進と後退モーションの調整を行った（ハンチングが激しい上にモーションが堅く不安定）。
１）HPは（向かって）左足、右足は以下のとおり（110は直立、120は若干前傾の場合）
CH18:-20, CH12:-20
CH19:120(110), CH13:120(110)
CH20:0, CH14:0
２）ジャイロ
ピッチ軸　CH4：x8, CH20：x8
ロール軸　CH15：x3, CH21：ｘ-3
３）ストレッチ（S1>S2>S3>)はハンチングが激しいので
モーション開始時は腕部：S3、脚部：S2（S1では強すぎてハンチングする、S3では弱すぎて前傾・後傾するなどモーションが安定しない）
モーション終了時は腕部：FR、脚部S1（強くすると停止が安定する）
とした。これで停止時にハンチングをしなくなり、モーションンも安定させることができた。
なお、KHR-2HVのサンプルモーションを変換したモーションを使用するのでサーボはシリアル制御とはしないですべてPWM方式とした。
４）スタートアップ時にHP後にAD１（ピッチ軸ジャイロ）、AD２（ロール軸ジャイロ）の補正を行い、ストレッチを腕部：FR、脚部S2に設定した。

以上により、安定した前進、後退モーションに調整できた。あとは起上り、左右横移動、左右旋回で基本モーションの完成。

５）追加モーション作成
①屈脚両起上Nを作成
②速い横歩き（右）（左）、旋回3（右）（左）、旋回4（右）（左）、サイドステップ3（右）（左）をサンプルモーションから変換して作成した。
③サイドステップ4（右）（左）、シュート（右○）（左×）をサンプルモーションから変換して作成した。
④キーパーｋ保持NをBTのモーションから変換して作成。変換は２～５までを使用。ただし変換後のHPが少しずれているので調整が必要か？とりあえず保持のモーションのみ変更して作成した。また、屈足両起上モーションに起上途中のポジションを挿入して改良した。

KHR-2HVのサンプルモーションにあるモーションは変換してβ3-2用に使用。サンプルモーションにないモーション、左右横移動、攻撃モーションなどは新規に作成する。

５．足裏を「Bathtubsole-L」に交換（「BLACK TIGER β3-3」Bathtubsole-L （アスリートカップ仕様）

ロボットアスリートカップ2013 in 多摩六都宇宙科学館（2013年6月29-30日）に「BLACK TIGER β3-3」で参加することとした。機体レギュレーションは市販キットがベースであることで、改造は自由となっている。

（１）「BLACK TIGER β3-2」はKHR-1、2をベースとして、脚部分にSC-4000CV Shisenkai Conversion KITを使用し、KRS-4013HVを8個とKRS-2350HVを6個で換装したROBO-ONE準拠(2kg以下）機体。より歩行を安定させるために「Bathtubsole」を「Bathtubsole-L」に交換し「BLACK TIGER β3-3」Bathtubsole-L アスリートカップ仕様とした。

「BLACK TIGER β3-3」Bathtubsole-L （アスリートカップ仕様） 2013.4　

KHR-2HV 改造機（KRS-2350HV×6, KRS-4013HV×8）:Open Class 機 2kg以下

（２）新センサールール（SensorRuleB3-3）作成の続き

・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蓋15。
・スタートはPSDセンサーの横左12、横右14による２とおりとする。
・センサールールB3-3はB3-1に準拠して新モーションCHを書き換え。

（３）ロボットアスリートCUP2013 in 多摩六都宇宙科学館（2013.6.30）の結果考察

無線5m走行：直進は右にそれるので途中で方向変更、これに時間がとられた。前々回のアスリートパックに出場した「BLACK TIGER」よりも速度が遅くなった。次回は真っ直ぐ歩かせること、スピードアップ、スラローム走行に注力の必要あり。

無線10m障害物走：やはり直進が右にそれるので途中で方向変更、5mのポールでのターンに時間がかかり、転倒もあり、時間がかかった。次回は5m走と同じく、真っ直ぐ歩かせること、スピードアップ、スラローム走行に注力の必要あり。また、障害物を倒して進むと転倒するので、障害物を跨ぐモーションも準備する必要あり。

自律ビーチバトル：予選は起上がりで方向がずれて、また直進が右にそれるので、コースの半ばで右にコースアウトしてリタイア、記録3.5m。準決勝では、運よくコースを進み、ポールを倒すことに成功して快勝し、決勝に進出。決勝では起上がり後に転倒して逆方向に進み完敗。起上がりから前進までが順調で、直進できれば勝機がある。超音波センサー受信機のセンサールールの検討が必要。

６．Bathtubsole-L 足裏ゴム＆ラージフロントカウル装着（「BLACK TIGER β3-4」アスリートカップ仕様

（１）足裏にゴムを装着した。これはBT-NEO、BT-αと同じ仕様。歩行モーションを試行したところ、すべり足よりも歩行が安定した。また、旋回モーションを試行したところ、問題なく旋回できることを確認した。機体重量があり、パワーがある機体の足裏にゴム装着は正解。あとは左右横移動モーションとスラローム走行。

（２）Lipoが新しいタイプ変わったことから、以前のカウルには収まらないことが判明したので、急遽、ラージカウルを発注し、交換した。

「BLACK TIGER β3-4」Bathtubsole-L 足裏ゴム＆ラージフロントカウル装着（アスリートカップ仕様） 2013.8

KHR-2HV 改造機（KRS-2350HV×6, KRS-4013HV×8）:Open Class 機 2kg以下

（３）左右横移動モーションの作成
①脚にはSC-4000CV Shisenkai Conversion KITを使用しているが、この脚の角度に沿ったポジションHWを作成した。②足裏にゴムを装着して足裏の接地が強くなったので、脚を曲げたポジションHWをベースに、従来のNEOの横移動モーションを作成したところ、横移動が動作するようになり、左右の横移動モーションがようやく出来上がった。

「BLACK TIGER β」の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）
「BLACK TIGER　β3-3」：「Bathtubsole」を「Bathtubsole-L」に交換（Part２）
「BLACK TIGER　β3-4」：「Bathtubsole-L」に足裏ゴム＆ラージフロントカウル装着（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, 3-3, 3-4」の製作 Part 2

[ゲストブック] [Robot Contents] [Top Page]