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ロボコン考察!!

今日はロボコン東海北陸地区大会にいってきましたよ^^;


毎年恒例の応援です。5回目です。

今年の課題は去年に引き続き二足歩行でしたぁ
やはり二年目ということで多くの高専がまともに動くマシンを作ってきて、なかなか良い試合をみることができましたよ。

ただうちの高専はというと・・・
機構的には去年よりだいぶ改善されましたが、バランスがうまくとれず残念な感じでしたねぇ

仕方がないと思います1・2・3年生のみで構成されているチームなので。
私だって多分3年生だったら安定した二足歩行ロボットなんか作れません。

そこできっと上級生や先生のような人達からのアドバイスがあれば上手くいく気がするんですけどね。。。
今回も私みたいな非協力的な上級生のせいできっと勝てなかったのではないかと思います。

回路面では少し助言はしましたが、うちの高専の問題は回路じゃないんです。

メカです。

車輪ロボットならタイヤを転がしとくだけで走るので大して頭はいらなんですけどね。
二足歩行は『なんとなくいける気がする(^ω^)』じゃ絶対にダメなんです。

ということで自分なりの考察をここでしてみたいなと思います(笑

安定した歩行をするにはどうすればいいのか
・低重心
・頑丈
・軽い
・微振動

これが鍵になると今日は感じました。

低重心が重要なのは言わずもがなですよね。
なんとなくイメージがつくと思います。
工学的にいうと、足元にかかるモーメントが減りマシンが前後左右方向に力を受けにくくなるので安定します。

頑丈であることも重要です。
物体の共振周波数ωというものは、質量をM,バネ係数をKとすると。

ω=√(K/M)

で表されます。
(バネ係数Kは物体の硬さのようなものです。変形に対する抗力があればその物体はバネとして例えることができます。)

これより硬くて頑丈(Kが大きい)なマシンほど共振周波数が高くなるのがわかると思います。
歩行の周波数は低いので歩行によりマシンが共振しないためには共振周波数が高い方が有利です。
さらに質量Mが小さいことでもωが大きくなるので、共振しにくくなりますよね。

Kを大きくしMを小さくするには、ロボコンで一般的なアルミより軽くて丈夫なチタンやカーボンを使うのが理想的ですが・・・まあ、普通はこんなものは加工できませんw

だから大切なのはなるべく太い角パイプを使って軽い丈夫な構造を作ることだと思います。

でもよく考えてみてください。
いくら丈夫でもマシンが地面に固定されてない限り、バランスを崩したとたん地面とマシンの間に非常に小さなKが発生します。
マシンと地面の間に隙間ができればそこには空気という硬さも何もないバネが生まれるわけです。
結果、どんなに頑丈に作ってもガタガタ揺れて揺れが激しくなりマシン転倒ですw
なんとなく想像つきますよね?

じゃあ足を地面に固定すれいいのではないかと考えます。
踏み出す度に吸盤などでマシンを地面に固定して転倒を防ぎます。
しかし、転倒しないといってもマシンは共振します。
共振したら最後、一番柔な部分が折れてマシンは大破しますw

だからぶっちゃけてしまうと高専生ごときがKとMの設定をするのは無謀すぎるのです。
実際の話、世の中に製品を出している企業でさえもあんなたくさんのパイプが繋がったマシンのKとMを測定するのは至難の技だと思います。
試行錯誤するという手法もありますが、製作期間が半年ということを考えるとリスキーですよね。

だから、機構的にマシンの本体が上下に揺れないようにすること(微振動)がもっとも重要で近道だなと今日見ていて思いました。
揺れがなければ共振がありませんからKとかMを考慮する必要がなくなり、楽ですよね。
周波数を考えなくてもいいので歩行速度を自由にかえることもできます。
後は重心が足の裏から外れないようにすれば安定した二足歩行の完成です。
上下運動が少ない分エネルギー効率も非常にあがるので一石二鳥です。

それと上下運動を減らしても左右に揺れては意味がないので、足はたわみのないようにガチガチ作るべきです。
ここは軽さよりもガチガチを優先すべきです。
足が重くなるこで低重心になって一石二鳥だからです。

以上よりマシン本体の上下運動が少ない機構を用いたガチガチの足をつくるというのが私の結論です。

それと振動を吸収する機構をつけるのもいいですね。
ダンパーのような減衰係数をもつ系は速度に比例した抵抗力を発揮するので、振動や接地の衝撃も和らげてくれます。
モータの変わりに空気圧アクチュエータを使うもの間接で動吸振が発生して面白いかもです。
でも、空気圧アクチュエータは入力に対して出力が非線形なので位置制御が糞みたいに難しいです。
0と1だけならいいですが、使うならかなり用途を選らぶので悪しからず。
(D科なのに空気圧は私の専門だったりw)

今日はこんな感じのへっぽこ議論を試合中に一人で繰り広げていた私でしたwww

ロボコン部の人がこの記事をよんで来年の参考にしてもらえるとありがたいです。
というか読んでくれw今の高専ロボコンはアイディアだけじゃどうにもならない!!
でもこういう話は機械系の先輩の方がよっぽど詳しいはずだからそっちに聞いた方がいいかもです^^;

あ。明日のレポートやらないと\(^0^)/




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便利な機械やあほなマシンの動画を投稿しています.

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