GPSでロボットのお散歩

河川敷公園でSpinnerではじめてGPS誘導をしてみた。

頼ってる情報はまだGPSだけだが、はじめての外部操作無しの走行となる。といっても誘導ソフトウェアは借り物をカスタマイズしたので、いずれは自分で書かないと…。

試験走行1回目の結果

進路変更操作の履歴。

OpenLog(SDロガー)に制御点しか記録していなかったため、走行進路操作された時点のみのプロットしか残らなかった。そのため軌跡がカクカクしている。(次はNMEAセンテンスも記録しよう…)

XBee経由でGPSの生データもテレメトリしていたのだが、途中でやってきた熱心なおじさん相手にアウトリーチしていたところ、Spinnerが圏外に出てしまってログが途切れてしまった。　話してる最中にゴールポイントにたどり着いて停止するSpinner。とりあえずプレゼンは成功に終わった。

ソフトウェアの調整がまだなので、航跡が何故かカクカクしてしまった。　カーブで曲がり過ぎているようだ。

スタートは意図的に別の方角へ向けていたが、途中で曲がり過ぎてしまい、進路が外側に張り出している様子が解る。　今は単純にGPS座標から計算しているため、自分の進む方向を知るために少し走る必要がある。もともと時速5キロ以上のマシンで使われているアルゴリズムなので、時速1キロでは差分の精度が出なかったようだ。　取得回数を調整したり、方位センサを組み合わせれば、進路の決定精度は上がる。

我に帰ってまわりを見渡すと、犬を遊ばせる人たちや散歩する家族が平和な夕暮れを謳歌している。　車輪型ロボットを遊ばせる飼い主が混じっている以外は何もおかしくはない。

・・・ノートPC片手に歩き回るのはどうしても浮いてしまうので避けたい。(でも便利)
改良点としては、脱ノート化ということで、ゴール地点に置いてボタン一つで座標を記録、スタートしたらそこへ辿りつくというシンプルなUIにしたい。　あるいは、座標まで行ってカメラで写真をとって帰ってくる、とか。　DIYdroneの地上版である。　

　

ところどころ荒れた芝生だったけど走行にはほとんど影響なし

そしてきれいな夕暮れであった・・・

ミウラ折り

ミウラ折りというものをご存知だろうか。

折り畳み方のひとつで、もともと宇宙構造物の収納の研究から生み出されたもの。　とある。
紙を無理やり押し込めたときにできるシワの規則性を抽出しているので、この折り目をつけた紙は引っ張るだけで一瞬で広がる。　平行四辺形ってすごい。

高校時代にはときたま授業の合間にこれを作っては色々試していた。面白い性質は、縮小と展開以外にも見つかる。
ハニカム構造のような規則性があるので、展開途中の厚みを持つ状態では、上にかなりの静的重量を支える事ができる。　知り合いが持ってる教科書をすべて積んでも潰れることが無かった。

もうひとつが、その伸縮性である。構成要素が変形しなくても、様々な形にぐにゃぐにゃ曲げることができる。実際人間の肌を拡大すると見える皮膚のシワのような構造をしていると思う。　

ミウラ折りを使うと伸縮性豊かな構造が作れる。　平面ではなく、筒状に両端をつなげると、腕に通すサポーターみたいになったり。

これを構造に応用すると楽しいかもしれない。　プラスチックを平行四辺形に加工し、縁をカプトンテープでリンクすればかなり強固かつ伸縮する素材ができる。

参考
ミウラ折り(wikipedia)

SpinnerTwo Movie

Spinner実験機改めSpinnerTwoの紹介動画

LS-Y201のオンボード映像とメイキングを含めた紹介動画です。

動画ってBGMの選定が難しい・・・。むむむ。

Youtubeなどフラッシュ系の埋め込みはお行儀が悪くて扱いにくいなあ・・・(編集中に自分の領域にかかったポップアップを覆い隠してしまう)

ローバー機構の信頼性と並行二輪

どうでもいい話。

ロボットを作ると並行2輪車体になりがちだが、1輪と2輪車体を作った上で、2輪のデメリットおさらいしてみた。

まず、安い模型用ギアボックスとモーターは精度にばらつきがあるので、直進しないことが多い。
入門用の書籍では足回りにタミヤとTAシリーズのモータードライバを使っているので採用するけれど、応用に進むとパワーの面で多分がっかりする。私もがっかりして自分で作ることにしたが…　

ライントレースやロボコン的に見れば、並行二輪は理想的だが、探査システム的に見たら、2基のモーターが完璧に動作しないと直進すらしないシステムと言える。　荒っぽいことをする屋外用途の使用において、これが結構効いてくる。　落下させて片方の車軸が曲がってしまったり、折れてしまったりしてまっすぐ進まないケース。コンペにおいて、これで泣きを見た人たちは数知れない。

冗長系、安全率といった信頼性から見たら、重量の余裕が無い時は果たして並行2輪であるメリットが大きいのかどうか、評価する必要がある。もちろん、その場回転などの機動性が必要なケースもあるので、あくまでミッションで必要な最小限のアクチュエータ数を考えた上でのこと。　大きさに制限が無ければ、さっさと4輪にしたりするわけで…。

Spinnerの子孫はただっぴろい荒野を走らせたいので、そんなに小回りしなくて良い。小回り出来なくても、前に進むだけでも良い。となると1輪(1モーター)でも問題ない。

方向転換の解決策として、一輪のSpinnerOneは腕というアクチュエータが代わりに付いているが、重さはモータ1個に比べれば軽く、またモーターの定格を上げても、アクチュエータは独立しているので重量増には関わらない。

並行2輪のデメリットをまとめれば、冗長系でも無いのに、動作に同規格の2つのモーターが必要不可欠で、モーター定格をスペックアップするたびに2個分ずつ重量が増えるということだ。　

1輪+腕というSpinnerOneのシステムは、実際は単純化した2WD車そのものである。アクチュエータ数のみで判断すれば、ステアリング機構+1個のエンジンという点に共通点が見いだせる。

別に1輪を持ち上げるわけではなく、延々とやっていたことがRCカー作りと同じことだった、ということが言いたかったのでした…(完)
位相幾何学的観点なんていうと怒られそうだが…　あらためて考えれば、重たいエンジンを2個積んで動いている自動車は聞いたことが無い。クローラー車もクラッチで回転方向を切り替えているだろうし…。　大きなヘリコプターはガスタービンエンジンを2基積んでいたりするけど、それは冗長系だし…。

今構想中の次世代機も舵取りの方式を変えただけなので、やってることは大差ないのでした。

ローバーのカバー

保護カバー

筐体の製作は難しい。できれば外装無し済ませたい。しかし屋外ではそうはいかない。泥や砂が付着したり、石で傷つくかもしれない。防水は難しくても防塵、防滴である必要がある。

今回はカメラレンズも付いているので、出来れば保護したい。　SpinnerOneでは車輪が全体を覆っていたが、今回も中央を除けば車輪に覆われている。中央だけ円筒形の物をかぶせるだけでいいだろう。

ということでまたまた綿棒の容器を使った。　カメラ基板にスペーサを立てて固定する。

白い被覆はベルビエンの建装材で、汚れに強く、簡単に見た目を上げることができる。 

下部空間を大分余らせることができた。　もともと単三電池運用も視野に入れ、バッテリホルダ用に確保したのだが、リチウム電池1セルを2個、モーターと制御回路それぞれに割り当てるようにした結果、今は空っぽに近い。

下部の隙間

 大きめの観測センサを吊り下げるとか、色々できるかもしれない。

裏面

2つのセルを固定するとこんな感じ。

顧客が本当に必要だったテンプレート

顧客要求とプロジェクトのミスマッチについての有名なネタ絵の枠線だけ作ってみました。画像検索すると結構見つかります(どうもアニメ絵ばっかりなのはあくまでネタだからでしょうかね)　

PNG形式で枠内は透過になっております。各々のプロジェクトに当てはめればきっと残念な感じになります。ただ勢い余って部外者には公開しないほうが身のためですね。

JPEGカメラにIRカットフィルターを追加 他

IRカットフィルターの追加

LS-Y201の付属レンズは赤外領域への感度が高いため、通常の日光下だと色相がおかしくなる。

レンズ自体には弱いIRフィルタが取り付けられているので、全くの赤外帯域というわけではない。

そこで、ジャンクデジカメから取り出したIRカットフィルタを取り付けてみた。

CMOSセンサに両面テープで貼り付ける。

これで色相はほぼ見たとおりに近づける事ができる。

おまけ

液晶工房で買ったCCDカメラレンズ(焦点距離3.6mm)

に取り替えてみた。　付属品よりも少しだけ広角寄りになる。少しだけ

ロボットの視野としては広いほうが良い。 

テスト撮影

カラーチャートを製作して撮影。(MSペイントの標準色並べただけ)

 左: IRカットフィルタ付き　右: 標準

このようになる。

屋外

あいにくの曇りで発色の良さがよく分からない…

XBee経由のせいか、ところどころエラーが起きている。

TV出力

キャプチャするときはローバーにビデオケーブルをつなぎ、廉価なUSBキャプチャ経由で記録する。

Motionjpegに圧縮するくらいがAtomノートの限界らしい。

こちらはキャプチャした車載映像。ロボット視点。　フレームレートが低いのは録画の事情であまりあげられなかったため。
実際の映像は30fps位で普通のアナログボードカメラと変りない。

SpinnerEXP動画

走行模様を撮影。糸巻き戦車よりは断然操縦しやすいです。

悪路の走破性もなかなか。

カメラ画像を有線で取得するつもりが、プログラムミスでカメラの電源が入らずorz
叉の機会ということで。

ローバー基板の配線

 配線が終わり、基本的な機能の確認まで完了。

ブロック図

ソケット方式

　各基板間をピンヘッダとソケットでつなぐ拡張基板方式にしたので、配線作業が楽になったのと、

それぞれの基盤ごとに取り外しできるようになった。 8個のネジを外すだけでバラバラになる。

基板上の配線は主にUEW(ポリウレタン線)を使用。買ってきたものがちょっと細めので、デザインナイフですぐ切れるので便利だが、こんどは細すぎて目の焦点が合わせづらくなるデメリットが。そうでなくても振動してしまうとインビジブル。

カメラ基板。　LS-Y201と電力制御用Nch-FET

FETは秋月で入手したFDS5680

ぎっしり。

電池は下部空間に収める形。　簡単のために制御側は6V程度の乾電池/ニッケル水素を使い、モーター電源にはリチウムイオン充電池を1セル割り当てた。なんだかアンバランスな構成

カメラ映像の取得

Live!

 LS-Y201はビデオ出力があるので、カメラの電源を入れたら普通にアナログ映像として取り出すことができる。
(ただしPALなので注意)
有線ではあるが映像付きの操縦が可能になった。　もちろんJPEGカメラとして、マイコン側から画像データを取得することもできる。

あとは見た目だけかな・・・?