ロボカップ姉妹の日常

ステッピー&ロック・オンの姉がロボットとか作りつつ制御の勉強してみたり、部品作ってあそんでみたり…

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【ロボット設計】設計値と実際のロボットを比べる手順【父執筆】

前回に引き続き、父執筆の記事です。
以下、父の文章↓




“狙って作る”がテーマですので、検証は大切です。
設計計算上のロボットの最高速度と、実際の最高速度を比較してみましょう。




○モータ電圧

マブチモータの箱に使用電圧範囲と適正電圧が示されています。
http://www.mabuchi-motor.co.jp/motorize/branch/b_0100.html
適正電圧の2倍が使用電圧範囲の上限になっているのが分かります。
ミニ四駆モータには適正電圧のみが示されていますが、負荷が軽く電流が小さい領域で使用する事も考慮して6.0Vは使用電圧範囲内と判断します。
6CHモーターコントローラ(ddk0668t)には保護ダイオードが搭載されており、6.6Vのバッテリー接続時のモータ出力端子の最大(プログラムで100%指定時)電圧はダイオードのVF=0.6Vとすると6.0Vとなります。




○モータ電圧の反映

ミニ四駆モーターは3.0V時の特性にて表記されていますので計算は3.0Vにて行いました。
回転数は電圧比例しますので、6.0V時は単純に2倍を採用します。
120:1・直径46mmのタイヤでの速度は0.48m/s(3.0V)でしたので0.96m/s(6.0V)となります。
(トルクもアップするのですが、負荷の小さい領域で設計しましたので影響は小さいです。計算に入れるともう少し速いと見積もれます。)




○オムニホイールの損失

3軸オムニホイールは進行方向と30度傾いて取り付けられており、周囲のローラーが回転することで、この傾き分の力を緩和することで成り立っています。
傾き分を0.87倍、ローラーの回転ロス分を0.8倍とすると、トータルのロスは0.87×0.8≒0.70となります。
(摩擦損失の設定は大変難しく、ウォームギヤなど摩擦駆動の効率は0.3程度しかありません。DOW64はローラー軸受とシャフトの硬度差が付いていたり低摩擦の要件を押さえてあるので0.8倍と見積もりました)
計算で得られる“おやじロボ”の速度は0.96m/s×0.70≒0.67m/sとなります。




○実際の速度の評価

プログラムで一定時間前進した距離を計る事で速度が計算できます。
加速の過程とトップスピードに達してからの速度が異なりますから、0.5秒と2秒で評価します。
3回走行の平均は

速度評価結果

実際の性能は計算より少し速いですね。
狙って作ったから、“実際”と“狙い”との差が明確になります。
高めだったのか、低めだったのか、どれ位の差があったのかを評価して、その“差”について推論しておくと、“技術者の勘”が磨かれます。
今回は、実際の性能が高めになったので、必要トルクを多めに見積もったか、オムニホイールの損失を多めに見積もったか、どちらも少しずつ多めだったかなど、の推論をしておくと良いでしょう。




○加速度の評価

加速度の評価は3軸オムニにてシンプルに駆動できる6方向を順次切り替えて6角形を描くプログラムを作って、ビデオカメラで撮影して観測します。
進行方向の切替時間は0.2秒としました。



0.2秒の切替に追従した良い動きをしています。
初心者には、この様な加速度重視のロボットが好ましいと思います。
ソフトを学ぶ際には、先ず徹底的にハードの不具合がない状態にする事が望ましいでしょう。
ハードの追従性の悪さが、ソフトの問題と混ざると“何をやっても良くならない”状態に陥ります。

心当たりはありませんか?

次回はラインセンサについて解説致します。

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-3 Comments

ok says..."質問"
ロボカップジュニアに参加している者です。
この記事を見て、プラズマダッシュモーターとダイセンの87:1のギヤボックスを1つづつ買い、
動かしてみたところ(モータードライバには、vnh5019 を使ってます。)かなりの速度で回転しました。バッテリーは、7.2v1200mAのものを使用しています。
これで、3輪オムニを作って大丈夫でしょうか?


これは、試合で使っても大丈夫でしょうか?
2016.04.25 23:58 | URL | #- [edit]
カメの子 says..."Re: 質問"
コメントありがとうございます。
当記事を執筆した父からのコメントをお伝えします。



<以下、コメント本文>
試合で使って大丈夫かどうかは、バッテリー・モーター・ドライバー・負荷(ロボットの重さ、オムニホイルの直径)の組み合わせで決まります。

頂いた質問にお答えするには、
〇御使用のバッテリーに書いてある字が読める程度の写真を裏表2枚
〇モータドライバのデータシート
〇ロボットの重量
〇オムニホイールの直径
のが必要です。

メールで構いませんので、を教えてください。
2016.05.06 23:57 | URL | #- [edit]
says..."管理人のみ閲覧できます"
このコメントは管理人のみ閲覧できます
2016.05.07 23:00 | | # [edit]

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