今まで1輪ローバー、2輪ローバーと製作してきた中で、個々の要素技術を煮詰めてきた。その結果たどりついたのが単車輪による自由旋回技術である。
この車体を説明する上で欠かせない2つの要素が、
- 車輪だけではなく本体ごと回転すること
- 左右の車輪径を変化させることで旋回すること
となる。
本体ごと回るということ
1輪の糸巻き戦車型ローバーは車輪を回すという概念で製作していた。結果として全車輪(車輪が本体を覆う形)になった。内部の車体は走行中もスタビライザ(外に飛び出した棒。回転の反動を支える)と一緒に地面との角度を保っている。ハムスターが回し車を回すようなイメージだ。
この方式の欠点は、車輪が外側のほとんどを覆ってしまうがために、センサや外部アクチュエータを積みにくいこと。
本体が車輪と一緒に回転すれば、センサの露出や接地面の情報取得が容易になる。
しかし、方向制御については全車輪で使えた外部の腕がそのままでは使えない。
そのためSpinnerOne製作時には検討のみで終わった。
車輪径を変化させる方向制御
SpinnerOneは1輪なのに両端に車輪高のピークを持ってきている。障害物を乗り越える際の安定性向上の意図がある。
この左右の接地面だが、片方の高さが数mm違うだけでも直進性に影響が出る。
正確には重量配分、スタビライザの地面抵抗なども絡んでくるので、まっすぐ進むのはなかなか難しい。
1輪で旋回するための方法を考えていたとき、同時に出てきたのが、左右の高さを能動的に調節することで回転するというもの。
左右の車輪の大きさが違ったら、その場で半径の小さい車輪側にカーブする。
問題はどう変化させるかということだが、簡単に思いつくのは飛び出すような機構を取り付けることである。しかし複雑過ぎたりして現実的ではない。車輪が独立している場合は、複雑な機構を装備できないのがそもそも問題であった。
SpinnerX
上記問題を解決できそうなのがこのSpinnerXとなる。
まず本体が回転する。地面に対し静止しているのはスタビライザだけである。モーターはスタビライザを回す形で付いている。
次に車輪径の制御だが、ここでは脚と呼ぶ4本のシーソー構造がそれである。
脚は対角線上の2つ一組で、サーボによって制御される。 X字なので2個のサーボが内蔵されている。
脚の一組はハの字に左右へ倒れることが出来る。 二組とも片方に倒せば、左右の車輪径が変化した形態となり、倒した側にカーブする。 これは反対側も同様である。 腕なしで左右に自由な調整が出来る。
脚の倒す方向を互い違いにしてみよう。
今度は左右の端から見ると、二本の脚だけが飛び出した形になる。
これは障害物を乗り越える形態だ。通常走行時と比べグリップ力が増す。地面に合わせて互い違いにする角度を調節すれば、最適な走行性能を探ることもできそうだ。
可変車輪は色々例があるけど、これは割とシンプルな部類だと思う。
欠点
Xの欠点としては旋回半径が車輪半径の差に依存するため、小旋回が難しいということだろうか。
また、車輪の隙間に何かを引っ掛けてしまう可能性が高く、砂地とか岩石地帯とか、草みたいなものが生えてない場所じゃないと厳しい。
加えて腕も欲しい。この車体だと取り付けるのは厳しくなってしまうけれど…。スタビライザのカバーに内蔵するという手はあるが、複雑化を招くのは避けたいものだ
センサ系
SpinnerXでは全周にセンサを取り付けられる、開いた空間は薄膜太陽電池を貼り付けるといいかもしれない。(このサイズだと面積的にMCUの動作だけを維持する発電量にとどまるが)
脚の接地部に圧力センサ/スイッチ、
脚のフレームに曲げセンサなどを取り付けることで地面/障害物の検知が可能になる。
本体にPSD距離センサを取り付けて、4方向を向かせ、障害物と距離の検知を行うという可能性も拓ける。 距離センサ単体ではノイズや誤検知を防げないけど、脚のセンサ等の情報を加味することでフィルタリングできそうな気はする。
路面状況の把握が出来れば、脚の角度や進行方向を調整するフィードバックが可能となる。
ミッション系の構想
コンセプト図ではミッション用のスペースを分けてみた。映っているのは半球ミラーを使用した全方位カメラ。 本体ごと回転してしまうが、どんな回転角でも影響を受けない映像が撮影できる。(撮影した映像は回転速度に合わせて回転する処理が必要になりそうだ)
本体ごと回転するので、地面観察用のマクロレンズ搭載カメラと、サンプラーバケットを側面に内蔵してサンプルリターンなども簡単に実現できそうである。