この記事はrogy Advent Calender 2022の25日目の記事です。

……ただいま25日の46時くらいです。

Cheeseの組長をしている18-Hitomosiです。

Cheeseは、マイクロマウスというロボット競技に参加している研究室です。

Cheeseは今年度の全日本学生マイクロマウス大会に4人が出場しました。クラシックマウス競技に2人、マイクロマウス競技に2人です。

“今年のCheeseの大会結果” の続きを読む

プチコンを5年ぶりに開催しました！

フィールドは、SSR杯のを基に製作

日々の活動をしながら、精鋭たちが機体をもちよってくれました

ライントレースカーに2足歩行、振動運動、様々な種類が集まっています

いくつか賞も与えられました
自由な雰囲気でロボコンできるのは、ロ技研ならではですね！

ここまでお読みいただきありがとうございました！

みなさんお元気ですか？ごきげんよう！この記事は rogy Advent Calender 2022 の24日目の記事です。世間はイブで熱々ですが、懐が寒くなるこの時期、あったまりたいですね？燃やすんだ回路で有名な21-miyaです。え？その人はもう知ってる？僕は有名実況者では無いはずだけどなぁ

導入

今日はよく廃墟で見かけるアイツのことみなさんお忘れでは無いですか？

そう、どこにでもいるアイツ…

ゴキ..ではなくキャタピラについての話です。

まとまってるサイトはすでにいっぱいありますが、あえて駄文を承知で書きます。

歴史

ざっくりまとめると重いものを運ぶために蒸気機関の頃に発明され、のちに戦車として発展、改良されてきたもので、重機や戦車として良く用いられている。近代的な面白い足回り。

動機

作りたいと感じるものがそこにあった。そこに理由はいらない気がする。強いて言えば、ライントレース大会でシンプルにタイヤのおもちゃを作るのは負けだと思ったからというのが大きいです。しかし、ちゃんと以下の条件を踏まえているので紹介してみます。

 

利点と欠点

一般的なキャタピラの弱点と強みには以下のようなものがあります。

利点

一般にキャタピラには

・耐貨重量が大きい

・かっこいい

・停車時に安定しやすくそのまま反動が大きい動作ができる

・不整地に強い

・とにかくカッコいい

という利点があることが知られていますね。

 

欠点

・燃費が悪すぎる

・一箇所でも破断すると動けない

・メンテナンス性が良くない

・振動・衝撃が車体に伝わりやすい

 

その上で、利点はロボコンの役には立たないし、欠点は燃費が悪い＝伝達効率が悪い、メンテナンス性が良くない（＝作りずらい）はかなり致命的であるため、弊サーではあまり採用する人がいません。というか、私は弊サーで作っている人を見たことありません。

しかし、カッコいいのに悲しいじゃないですか！！しかも、個人的には不整地で走れることから無人探査機として激アツなので作って見たいというのもあります。

これが私が開発をしようと思った理由です。

ちなみにアルミではなく3dプリンターをチョイスしたのはsd90ーhvを駆動用のモーターにするつもりだったので、普通に軽くないといけないことと、安いこと、加えて追加工できることがあげられます。

経過報告

結論から述べると完成しませんでした。。。

（性根が）腐ってやがる。。。（いや、納期が）早すぎたんだ。。

というわけで、意味があるかはわからない現状報告が下になります。

設計開始

まず私はこのサイトを参考にして設計を開始して以下のような部品を設計しました。ここで注意したポイントは軸の高さを揃えることと、干渉しないように大きい方の円のサイズや切り欠きを調整したこと、できる限り太くて頑丈なボディを心掛けつつ、切り詰められるところを減らして軽くしたことなどです。

ここまでは良かったのです。

ここまでは。。。

次に、これに軸を作って並べる作業を始めました。22こ並べてジョイントする、簡単なお仕事です。

あれれ、辛い上に繋げるとバグるぞ？私の頭の中には疑問符が湧いてきました。なんでこんなことをやっているんだろう？というか印刷して見ないとそもそも（組み合わさるかどうか、ちゃんと動くかどうかは）なんもわからんくないか？

それでも全部並べて見たのが先ほどの画像です。

ナンテコッタ

印刷

しかし眺めていても大きさは分かりません。じゃあこれを印刷しよう！（3dプリンターは印刷するまで誤差がわからないため）印刷してから実測値を出し、ギアの回転数から歯数を割り出して中のギアを設計するんだ。というわけで3dプリント用のコード生成ツールに並べました。

さすがは量産！壮観だなぁ

そして、いつものようにパラメーターを調整して印刷ボタンを押しました。

印刷時間はなんと怒涛の30時間越え！！

やばいと思いつつスイッチを入れた時、時刻は2022/12/22で、25（明日）が大会なので、すでに徹夜が見えていました。印刷を一度でもしくじれば未完成待ったなしです。（ドキドキチキンレース！）

私が固唾を飲んで見守る中、

印刷失敗！！

これによって完成がなくなりましたとさ。。。

原因がまさかのフィラメントが印刷中に絡まるバグというのが救えない。。。

チキンレースは命懸け（崖から落ちちゃった）ということをはっきり理解できる楽しい計画でした。皆さんは納期よりも早い時期から作り始めましょうね。私はミカン職人なのでいいですが…

結論

錬成失敗！！

というわけで、オチも中身もないので最後はクソブログコピペで締めようと思います。すみません。

みなさんいかがでしたか？キャタピラの前世は？歴史は？今の設計法は！？調べて見ました。調べて見たところ、良く分かりませんでした。皆さんの推しの足回りをコメント欄で教えてね。

おまけ

失敗した足回りの例兼制御できないという例

怠けたわけではないんです。。。純粋に完成しなかった（ごめんなさい）

こんにちは。2018年入学の後藤（@goto_statement）です。

キャチロボに出場したチーム「ラグビーの亡霊」で、機械と電気を担当していました。

この記事では、キャチロボ出場機体「KIRIN」の電装について紹介します。前回の記事でチーム紹介や動作動画を掲載していますので、こちらもご覧ください。

この記事はrogy Advent Calender 2022 14日目の記事です。

使用したモーター

KIRINのアームは4自由度となっていますが、その駆動にはDirect Drive Tech社製のDDT-M0602C-112を用いています。

キャチロボは速さを競うコンテストではないですし、KIRINの機構ではモーターは重力に抗って駆動力を出す必要が無いので、そこまでモーター出力を求める必要がないです。またこのモーターにはモータードライバーが内蔵されていて、RS485通信で制御できるためPCから制御しやすい、などなど、手軽に使えるような特徴を持っていつつ、値段も5000円程度で手ごろなのが決め手となって、採用するに至りました。

ただ、このモーターは少しくせがあって、固定がしにくいです。我々は、まずタップでM2.6（旧JIS…）のめねじを作って…

これは買ったモーターにM2.6のタップを立てる人 pic.twitter.com/nwMOcs39HP

— たくぽん (@takupon009) September 21, 2022

さらにクランプをして、そしてもう1つベアリングを用意して両持ち構造を作っています。

モータードライバーが内蔵されているので電気担当としては比較的楽なのですが、機械担当には負担をかけるモーターですね。

全体のシステム図

これがKIRINの電装系システム図です。

工夫点として、ロボット本体内は配線を簡素にするためディジーチェーンっぽくしています。4つのモーターとエンドエフェクタ用の自作基板「KILLING AIR」の電源供給、そして4つのモーターのRS485通信について、ディジーチェーン風になっているのがわかると思います。自作基板「KILLING HUB」によって、それを可能としています。

今回の電装はできるだけ簡素にして時間をかけないこと、そして場所を取らないことを目標としており、自作基板は上記の2種だけとなっています。

以降は詳細について書いていきます。

バッテリー周辺回路

バッテリー周辺は、とにかく部品数を減らしたいし、配線も簡素にしたいし、自作基板もできるだけ作りたくない、ということで、既成品の組み合わせでなんとかしています。

緊急停止時に電流を遮断できるようにリレーを使っています。リレーはオムロンのG7Z-4A DC24を使っています。採用の決め手はネジ端子があって基板を作らなくてよく、端子台にもなるからです。ただ許容電流は過剰ですね。リレーのコイルに対するフリーホイールダイオードとしてD1NL20U-5060を使っています。ちゃんとダイオードは入れましょう。感電します。というかしました。あぶないです。

ヒューズは自動車用のものを使っていて、ケーブルのように使えるものにしています。

キャチロボのルール上、緊急停止ボタンと緑色の表示灯を付ける必要があるので、手元で押せて、手元で表示灯も確認できるようなものを作りました。これはPCを載せる台も兼ねています。

自作基板 「KILLING HUB」

モーターなどをディジーチェーン的につなげるための基板です。コネクタとLEDがあるだけでシンプルです。できるだけコンパクトにしました。

実際に機体に載せているところです。Elecrowで発注しています。

自作基板「KILLING AIR」

真空ポンプのスイッチングと、エンドエフェクタに使っているエアシリンダのための電磁弁、そしてサーボモーターを制御するための基板です。マイコンボードのArduino Nano Everyを載せています。真空ポンプと電磁弁のスイッチングはNch FETの2SK4017を使っています。

作った基板がこちらです。

それを使っている様子です。真空ポンプ（左）、サーボモーター（右）、電磁弁（右）です。サーボモーター周りの機構についてはまた別の記事で。

新基板「KILLING NewAIR」

基板「KILLNG AIR」についてですが、PCとの間のUSBケーブルで行うシリアル通信が切れるときがあるという問題があり、本番でもそれが起きてしまいました。また別の小型アーム（通称・爆速ハンド）を動かすために、もう1つ基板があったのですが、そちらはなぜかArduinoがアチアチになって壊れることがあるという問題がありました。

キャチロボのあと、工大祭（大学の学園祭）にて展示することになったため、この問題は解決したいと思いました。そのために考えうるすべての対策を施すことにしました。

そしてできたのがこちら。新基板「KILLING NewAIR」です。

改善点は3点です。1点目はFETを変えたことです。真空ポンプや電磁弁のスイッチングにはトランジスタアレイのTBD62083APGを使うことにしました。まず旧基板では逆起電力の対策をしていなかったのですが、していないのはやはりまずそうと考えました。そこで、ダイオードが内蔵されており逆起電力対策がされているTBD62083APGを採用しました。

また「爆速ハンド」用に、どうしても1つ電流を5Aほど食うソレノイドを動かす必要があったため、そこにはMTB30N06I3というFETを用いています。形や値段は同じなのに、2SK4017のドレイン電流が5Aでギリギリだったのに対し、MTB30N06I3とすると22Aとなり余裕があります。こちらには逆起電力対策としてダイオード1S10を別付けしました。

2点目はマイコンとそれ以外を完全に絶縁したことです。強電側（24V）のノイズ等が通信に悪影響を及ぼしているかもしれないという予想のもと、この対策を行いました。トランジスタアレイやFETについてはフォトカプラTLP785を用いています。またサーボモーターを接続したり、工大祭用に電飾としてLEDテープ（NeoPixel）をつけたりしたい、ということで、ここには高速通信が可能なフォトカプラTLP2630を採用しました。

3点目はユーザーにやさしい機能の追加です。タクトスイッチを押すとポンプや電磁弁が動いたり、機器をONにしているときは赤色のLEDがつくようにしました。

これらの対策の結果として、工大祭では回路のトラブルは一切なく2日間動き続けました！通信トラブルもほぼなかったそうです。

こういうところはさぼっちゃいけないということが身に染みてわかりました。

いかかがでしたか？

2パートにわたって、私が担当した直動回転差動機構と電装の紹介をしました。

次回以降、KIRINに搭載した面白機構や制御についての紹介記事が続きます！今後の記事もお楽しみください。

こんにちは。2018年入学の後藤（@goto_statement）です。

キャチロボに出場したチーム「ラグビーの亡霊」で、機械と電気を担当していました。

この記事では、キャチロボ出場機体「KIRIN」に搭載された直動回転差動機構について紹介したいと思います。前回の記事でチーム紹介や動作動画を掲載していますので、こちらもご覧ください。

この記事はrogy Advent Calender 2022 13日目の記事です。

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製作した直動回転差動機構

こんなのを作ってました。（ツイートにはちょっと次回以降のネタバレが含まれますが、楽しみに待っててください！）

続いてエンドエフェクタを動かすための直動・回転の差動機構です。
重いモーターを機体後方に取り付けることでバランスを取ることを目的にこの形式を取りました。
二人でマックで30秒くらい話して思い付いた機構です。
設計者は@goto_statement です!#キャチロボ pic.twitter.com/4n6lFC2qcK

— たくぽん (@takupon009) September 20, 2022

この動画で伸びたり縮んだりくるくる回ったりしている機構、これを「直動回転差動機構」と呼んでいます。

直動回転差動機構とは

機構の説明をする前に、まず言葉の説明をしたいと思います。

• 直動機構：直線状にまっすぐ動く機構
• 回転機構：回る機構

なんか当たり前みたいな説明ですが、直動機構という言葉に聞きなじみが無い人もいるかと思い、説明してみました。よく「レール」とも言われますね。回転機構は、ここではロボットアームの関節やタイヤなどを指しています。

差動機構（差動装置）とは、次のようなものです。

２種以上の機械部品のそれぞれの運動の差または和を取り出して一つの部分を動かす装置（差動装置とは – コトバンク）

今回作った直動回転差動機構は「運動の差と和を取り出すことで動作する、直線状にまっすぐ動く機構と回る機構が合体した機構」ということになります。

機構を思いつくまで

なぜこの機構にしようと思ったのかを説明します。

キャチロボをやる！となったあと、まずメンバーで集まって、どんなロボットにするか考えました。そのあと、機械担当のたくぽんと私で、秋葉原のマクドナルドに行って、もう少し詳細にロボットの機構を考えました。そのときに描いていたスケッチがこれです。アイデアスケッチなのでまあ汚いですね。

さて、まずこの図がロボットの全体に関するアイデアスケッチです。

じゃがりこを持つ「手先（エンドエフェクタ）」をどのように動かすか、ということが議論の焦点だったのですが、それは次のようになりました。

1. 長いレールに手先を付けて、レールの動きとレール自体を土台で回転させることで大きく移動させる
2. じゃがりこを掴む場所と置く場所に対して手先の角度を合わせるため、手先付近でも手先を回転させる

ただ、ここで2の「手先付近での回転」をするために、直接そこにモーターを置きたくない！という話になりました。もしそこにモーターがあった場合、モーターという重たいものが土台から離れた位置にあり、しかもそれをモーターで動かさないといけない、という良くない状態となります。

そこでたくぽんが「なんか差動機構とか使って土台の真上に2つモーターがあるようにできないかな」とつぶやいたので、「こんな感じならできるのでは？」と私がこんなものを提案しました。

このやりとりが、先ほどのツイートにあった「マックで30秒で思いついた」と言われているやつです。

機構の解説

上の図をもう少し説明してみます。

太線がベルト、円がプーリーを表しています。中央付近にある大きなプーリーにエンドエフェクタ（じゃがりこを掴む手先）がついていて、下側の2つのプーリーにはモーターがついています。灰色の四角の中にある5つのプーリーは相対的に動かないように、灰色の板に固定されています。灰色の板は上下に動くレールに乗っています。それ以外は土台に固定されています。

動いたときどうなるかを説明していきます。

上の図はモーターを赤矢印の通りに動かしたときのエンドエフェクタの動きです。2つのモーターは同じ向きに回転しています。このときにはプーリーの位置は動かず、まるでベルトだけがくるくる動くような感じになります。よってエンドエフェクタは回転します。

上の図では、モーターが別の向きに回転しています。このとき、エンドエフェクタが乗っている灰色の板が移動します。つまりエンドエフェクタは直動します。

動きは下のようにまとめることができます。

これは代表的なもので、例えば片方のモーターが止まっている場合、エンドエフェクタは回転と直動が混ざった動きをします。

KIRINに搭載した機構

基本原理は前述の通りなのですが、KIRINに搭載するにあたって、プーリー配置などはいろいろ工夫しました。まず初期案がこちらです。

この設計の工夫点は、動くところや先端側に、たくさんプーリーを置かないようにした、という点です。しかし、共通エリア（白いエリア）のじゃがりこにアクセスするためにはレールの長さを長くする必要があり、その長さだと白いエリアに入らないと自陣を通過できなくなります（当たり前ですが）。大会のルール上、スタート時からある条件を満たすまでは白いエリアに入ってはいけないため、不利になってしまうことが分かりました。

これを解消しないことにはどうしようもないので、いろいろ改善案を考えました。「エンドエフェクタ付近にエアシリンダなどの別の直動を入れる」「もう1つベルトを用意して、エンドエフェクタがレールより手前に来れるように軸をずらす」などのアイデアを出しました。2つ目の案を眺めていたら、おぼろげながらこんな機構が浮かんできました。

この機構であれば…

↑白いエリアに入らずに通過できる！

↑必要なときには進入できる！

思いついてよかったです！

使用した部品・加工

この機構の問題点は、ベルトがとても長くなってしまうことです。長いベルトを探すのには苦労しました。今回はミスミで取り扱っている搬送用タイミングベルト（ロングタイミングベルト）を使うことにしました。とても長いものまであるだけでなく、1歯単位で長さ指定ができるので、助かりました。

歯数計算にはInventorのベルト設計機能を使いました。初めて使ったのですが便利で良かったです。

次はレールについて。機械の直動部品といえばリニアガイドですが、これらはやはり高価ですし、長い棒の部分が鉄なので重いです。そこでローラー型のレール（R25-560L）を使っています。

プーリーについては、コスト削減と軽量化のため、アルミ板からCNCで削りだして自作しています。これは次回以降説明があると思いますので、お楽しみに。

その他、本体フレームはアルミ製です。肉抜きを頑張っています。

最後に機構をアップで撮影した動画を載せます。アルミを使いまくったメカメカしいメカをぜひ見てください。

#キャチロボ
設計した直動・回転の差動機構、各部をアップで撮影してみました。
左右対称の機構で、黒いモーターが裏側にも1つ、計2つあります。4.68 mの長い一本の搬送用ベルトを使っています。
この機構とすることで、2つのモーターを中心近くに固定して配置できます。 pic.twitter.com/swThO0QUnL

— GOTO STATEMENT (@goto_statement) September 21, 2022

いかかがでしたか？

機構設計って面白いなーと思ってもらえたら幸いです。次は回路に関して紹介したいと思います。