齋藤 充・佐々木 章嘉 : 四足歩行ロボットの設計と開発

3D CADと回路CADで部品とコントロール基板を設計し、四足歩行ロボットを製作しました。またモーションデータを作成し、色々な方法での歩行や段差を上る動作などをさせました。

卒業論文


動画

  1. ほふく前進です。一歩進むたびに「肘」が地面についてしまいます。


  2. 尺取虫のように体を伸び縮みさせて前進します。脚の裏の片側だけに滑り止めのゴムをつけ、角度を変えることでグリップのかけ方をコントロールしています。


  3. 前脚、後脚を交互に前に出して前進します。上から見ると脚先が円弧を描く、どちらかというと爬虫類的な歩き方です。脚を体軸に沿って前後に動かす哺乳類的な歩き方もさせたかったのですが、そこまでは出来ませんでした。


  4. 段差を登らせました。センサが搭載されていないので、単に段差の位置で脚を大きく上げさせているだけです。

写真

    完成したロボットの写真です。画面左下がロボットの前側です。

前後揃え 左右揃え ホームポジション
前後に脚を揃えた状態 左右に脚を揃えた状態 ホームポジション
(電源OFF) (電源OFF) (電源ON)



筺体設計

    足1本につき4つのサーボモータを組み込み、16の自由度を持つ四足歩行ロボットを3D CAD SolidWorksで設計しました。板金部品は設計ファイルを元に3DプロッタMODELAでアルミ板を切り出して製作しました。また、胴体上部にサーボコントロール用の基板を取り付けました。


    設計したロボット
    Photoworksで
    レンダリングしたもの
    しゃがんだ状態 設計(しゃがみ)
    レンダリング(しゃがみ)

    立った状態 設計(起立)
    レンダリング(起立)
    SolidWorks Animator で作成した動画
      胴体 : 120×165×80mm
      全長 : 537×554×270mm(脚含む)

基板設計

    サーボモータは電源用の2つの入力に加えて、信号用の1つの入力が必要なので、3ピンの入力端子を持っています。ところが、使用したマイコンボードATmega32には多くの出力があるものの、このピンに適合する形をした出力端子はありません。そこで、マイコンボードから引き出した信号を32対の3ピンの端子から出す基板を回路CAD EAGLEで設計し製作しました。

    回路図設計
    ATmega32は回路CADのライブラリになかったため、部品を登録してそれを使用して回路を設計しました。スイッチが2つあるのは、マイコンボードとサーボモータへの電源を別々に供給するためです。
    基板設計
    上の回路図を元にした基板設計図です。左右に並んでいるのがサーボモータにつながる端子、中央がマイコンボードにつながる端子です。マイコンボードの中にあるのは3端子レギュレータです。ぶつかっているように見えますが、レギュレータを寝かせて配置するので問題ありません。
    基板表側
    完成した基板です。ICのような形をした白い素子は集合抵抗です。また、コネクタ1と2を間違えないようにマジックで基板にメモしてあります。
    基板裏側
    基板を裏側から見た状態です。基板設計で指定した通り、電源系の配線は他のものよりも太くなっています。基板の設計図と左右が反転しているように見えますが、これは基板設計では基板を表側から見た状態で表示しているためです。

リンク

卒業研究 (2007)

創作ゼミナール (2006)


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