二足歩行ロボまとめ その1(2021年末版)
現在、ヒューマノイド型の二足歩行ロボットの開発をしています。
2020年末から開発を開始し、2021年の活動でいくつか成果がでてきたので、年末の記録を兼ね、主にTwitterで挙げたものを引用しながらまとめてみたいと思います。
主なお品書きは以下。
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■実現したもの
・モーションキャプチャを用いた上半身動作の生成
・上半身のトレース機能
・物体追尾
・人間らしい二足歩行
■実現に向けて取り組んだこと
・ロボットの設計
(以下は「二足歩行ロボまとめ その2(2021年末版)」で記載予定)
・知識の習得
・歩容生成アルゴリズムの検討・実装
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上記の通り、「ロボットの設計」の時点で結構長くなってしまったため、２つにわけることにしました。
なお、まとめというよりは、Togetter的につらつらと開発過程を並べているだけなので、読みにくかったらごめんなさい。
実現したもの
モーションキャプチャを用いた上半身動作の生成
KinectV2経由で人の動きをリアルタイムにキャプチャしつつ、ロボット用のモーションを生成し実機へ反映。
技術的なポイントは、モーション生成部分というよりは、その結果を無線で飛ばして即時反映している点です。(10ms周期で25個分のサーボ駆動指示)
上半身モーションのリアルタイム生成をば。
そこそこそれっぽいかしら。
(検出精度の粗さやローパスの影響で、不自然な箇所もちらほらありますが…)(詳細つづく) pic.twitter.com/jJl05hDujR
— わたこ (@WatakoLab) January 30, 2021
今回の動画、ちょっと面白いやも。
KinectV2から生成されたモーションを、ロボットにリアルタイムに適用して動かしています。
Kinectでのキャプチャと同時に動かせば、こちらの動きを真似っこしてくれるロボットに。 pic.twitter.com/qWlxbCdNBt
— わたこ (@WatakoLab) February 3, 2021
上半身のトレース動作
ロボットと全く同じ構造の上半身をもう一台作成し「サーボ情報読み取り⇒無線通信(Bluetooth)」により動作をトレースさせています。
さあ、盛り上がってまいりました…！ pic.twitter.com/wBe2UlbLXg
— わたこ (@WatakoLab) May 7, 2021
物体追尾
頭に搭載した認識用マイコン(MAiX m1n KendryteK210)と魚眼カメラを用いて、色を追尾している様子です。
本体結合、ヨシ！https://t.co/PQbSMAmPF1 pic.twitter.com/6cdwXl2xqc
— わたこ (@WatakoLab) June 27, 2021
人間らしい二足歩行
人間に近い二足歩行の実現。ただし安定性はまだまだで、結構こけます。
遂に！補助なしで歩きました！
まだまだ高頻度でこけまくりですが…。
今日は、ちょうどアシモの誕生日。
重なってくれて、なんだか嬉しい。 pic.twitter.com/zWODsMVdDF— わたこ (@WatakoLab) October 31, 2021
実現に向けて取り組んだこと
ロボットの設計
まずは設計方針を立てる。
(初期段階で、人間っぽい二足歩行を目標としていた)
二足歩行ロボ、設計方針をまとめてみました。(できるかどうかは、別問題…)
頑張ろう…！ pic.twitter.com/PhE0YfMfbn
— わたこ (@WatakoLab) December 15, 2020
足の基本構造の検討。(AscentoやFrostyを参考にさせて頂きました！)
二足歩行ロボの足の機構検討をば。
これで膝関節角は歩行できる程度には速度だせるはず。
また、直立時の過伸展による、サーボ電力削減案も合わせて入れてみたよ。 pic.twitter.com/tWaemFh2Os
— わたこ (@WatakoLab) December 17, 2020
足の組み立てお試し第一弾。(足の設計・組み立てが一番楽しい)
ロボ感でてきたな？
足先はまだ検討中なので、ただの棒です。 pic.twitter.com/CheXoebnlr
— わたこ (@WatakoLab) December 19, 2020
足先の設計をもう少し詰める。
二足ロボ、新しい足先をば。
昨日からずっと、ロールとピッチ軸を同じ場所に配置できないか悩んだ末、こんな機構に。
設計時点では半信半疑でしたが、実際に組んでみると結構いい感じに。
辛さの先にこの感動があるから、やめられんのよなぁ😆https://t.co/42QGlQjGkf pic.twitter.com/aalBA3Kv4A
— わたこ (@WatakoLab) December 29, 2020
片足完成。
足先でけた。
少し長くなったけど、スマートに収まってくれてニッコリ。
足裏はもう少し検討中…。https://t.co/2jAB3gPkjS pic.twitter.com/KAK0GV9XDJ
— わたこ (@WatakoLab) December 30, 2020
両足完成。
二足ロボ、両足生えた！
足裏は、センサを積みたいのでまだ検討中…。
なんとか年内にここまでできて良かった…。 pic.twitter.com/sjwqYBg7kY
— わたこ (@WatakoLab) December 31, 2020
足裏の詳細設計。ZMPを取得するため、FSRセンサを配置。
(最終的にはつま先2つを不要と判断し、4つに削りました)
足裏の感圧センサ、大分コンパクトな仕上がりに。
PICマイコンでAD変換後、UART or I2Cで出力します。
センサ値を軽く眺めると、つま先含め、足の接地面に応じていい感じに値が出てそうです。
可視化ツールを整備して、もう少し詳細に見てみようと思います。 pic.twitter.com/sIKcxVnJUZ
— わたこ (@WatakoLab) January 4, 2021
足裏FSRセンサのテスト。
二足ロボ、今回の動画はちょっと面白いやも。
前回作った、感圧センサ(FSR)付き足裏の実験をば。https://t.co/HfDaF4NmTl
静的な状態であれば、そこそこ重心位置を割り出せていそう？
とりあえず両足分作って、動的な状態でどんな出力になるかも見てみる予定です。 pic.twitter.com/ZneGiY2WLw
— わたこ (@WatakoLab) January 5, 2021
ボディの設計。(最終的には、もう少し形状変更されます)
二足ロボ、ボディが大体固まりました。
バッテリー含め、中に納まるはず！
フォルムを崩さぬよう、相当気を使いましたが…。(三歩進んで、二歩さがるの連続…)
あまり性別を感じさせないデザインにできたらなぁ、と考えています。 pic.twitter.com/L7GQX9faCR
— わたこ (@WatakoLab) January 10, 2021
制御基板を詰めてみる。
二足ロボ、ボディ制作途中…。
制御用マイコンにプリメイドAI基板(STM32F102) + M5Atom(ESP32)、リモート操作用にVS-RCV3を搭載予定です。
今回、二足ロボを設計する上で、結構プリメイドAIを観察しているのですが、制御基板や機構、配線など、本当によくできてるなぁ、と感じます。 pic.twitter.com/uOqs77zCUW
— わたこ (@WatakoLab) January 11, 2021
ボディ組み立て。
ボディ、ヨシ！ pic.twitter.com/tUlOsBq9T8
— わたこ (@WatakoLab) January 13, 2021
腕の設計。
腕、育成中…。 pic.twitter.com/m2JDeBPPBD
— わたこ (@WatakoLab) January 19, 2021
腕組み立て。
腕、ヨシ！
そろそろ一度、制御ソフト開発に戻るかな…。 pic.twitter.com/TjhVLUW9aC
— わたこ (@WatakoLab) January 22, 2021
頭の概形設計。(腕から半年空いてます。制御ソフトの方を取り組んでいたので…)
目玉シールを使うといったな、あれは嘘だ。
まだ検討段階ですが、ありがちなデザインに。 pic.twitter.com/Cc7XdKZHSN
— わたこ (@WatakoLab) June 10, 2021
ボディのスリム化。
前回に比べ、ボディ改善をば。
マッチョな感じから、少しスリムな印象に。
フォーム(スカルプト)の使い方が分かったので、曲面を大分自由に造形できるようになりました。
記録の意味も込めて、しばらくはデザイン関連の投稿を続けようと思います。https://t.co/V2ncdKfSPm pic.twitter.com/2JcL3Ai2zl
— わたこ (@WatakoLab) June 11, 2021
バッテリーカバーの改善。
バッテリーカバーを兼ねた、お腹パーツの着脱テスト。
マグネットを仕込んでいて、カチャっという音が気持ち良い😎
(お腹パーツの本番はもっと高さがあります) pic.twitter.com/VKI7OtjCS4
— わたこ (@WatakoLab) June 13, 2021
頭の機構設計。
やっとこさ、頭の機構検討にたどり着いた…。 pic.twitter.com/sLdghVejHX
— わたこ (@WatakoLab) June 14, 2021
頭の中身。認識用マイコンとしてMAiX m1nを搭載。
頭の中身をば。
今回も結構詰め込んでます。
結局、認識系を(外部リソースに頼るのではなく)マイコン内で閉じて演算する方向に舵をきりました。レスポンス重視なり。 pic.twitter.com/HVaVMzNKgh
— わたこ (@WatakoLab) June 19, 2021
耳パーツはセンサになっていて、交換可能。
実は、左右の耳部分はユニットになっていて、色々なデバイスを接続可能としています。
通常はスピーカーユニットですが、ToFセンサユニットやBluetoothユニットを接続する予定です。 pic.twitter.com/T8YCrwcxjP
— わたこ (@WatakoLab) June 22, 2021
頭装着と目のLEDに対する生命感のこだわり。
目のLED、生命感が出るようなこだわりをば。
人間の黒目っぽい位置で輝度が最も高く、かつ光がいい感じに広がるよう、配置や距離を検討しました。
LEDのありなしで、結構印象が変わってくるかと…。 pic.twitter.com/VrZoYBewKd
— わたこ (@WatakoLab) June 23, 2021
足裏素材の検討。
Frostyさんのご助言から、足裏素材の検討中をば。
レーザーカッターで足裏の形に切り抜いています。
ほどほどの滑り対策に加え、足裏接地時の衝撃吸収にも期待…。 pic.twitter.com/LMorSNZ4zC
— わたこ (@WatakoLab) July 12, 2021
設計の振り返り。
曲りなりに歩行を実現できたので、以前立てた二足ロボの設計方針について、評価してみました。
(以前の設計方針: https://t.co/SZILB7zt1o)
もうすぐ１年経つのか…。 pic.twitter.com/Gjw3t5jiPX
— わたこ (@WatakoLab) November 5, 2021
ロボット設計の部分だけでも、結構長くなってしまいましたね…。
続きは、近日中に公開したいと思います。
(おしまい)
