ロボットを作る
センサー
３軸ジャイロスコープ・３軸加速度センサー
ロボットの傾きや倒れる加速度を検出するセンサーです。このセンサーの値を制御の主入力にし、他のセンサーの値も補助的に使うことによりロボットが倒れないで真直ぐ歩くように制御します。
３軸ジャイロスコープ・３軸加速度センサー \430
・MPU-6050使用
・ジャイロ測定範囲：±250 500 1000 2000 °/s
・加速度測定範囲：±2±4±8±16g
・インターフェイス:I2C
・電源電圧:3-5V
３軸コンパスセンサー
ロボットが向いている方向を検出するのに使うセンサーです。
まわりに金属があるとうまく動作しないので、方向を検出するメインのセンサーというよりは他のセンサーで検出出来ない場合の補助的な使い方になります。
３軸デジタル・コンパス \450
・HMC5883L使用
・測定範囲:±1.3〜8 ガウス
・インターフェイス:I2C
・電源電圧:3-5v
床反力センサー
床反力センサは足裏にかかる圧力とその重心に相当する位置を求めるために使用します。
片足で立っている場合、この重心位置がZMPになりますが、プロセッサ能力やロボットの反応速度、位置再現性があまり高くないと予想されるのでZMP規範の制御は行わない予定です。
また、ロボットが小さいこともZMP規範制御が難しい要因です。ロボットが小さいと倒れるまでの時間が短くなるので制御も素早くやらないといけないためです。
これは、ほうきを手の平に立ててバランスを取る場合と、定規を手の平に立ててバランスを取る場合の難しさの違いを想像してもらえば感覚的に理解出来るかと思います。
左図は床反力センサーを上から見た図です。
４つの圧力センサーを使って床反力センサーを構成します。
圧力の重心に相当する位置(XC, YC)は各圧力センサーの出力値をP1〜P4、位置を(X1, Y1), (X2, Y2), (X3, Y3), (X4, Y4)とすると以下の式で求められます。
XC = P1 x X1 + P2 x X2 + P3 x X3 + P4 x X4) / (P1 + P2 + P3 + p4)
YC = P1 x Y1 + P2 x Y2 + P3 x Y3 + P4 x Y4) / (P1 + P2 + P3 + p4)
圧力センサーとして以下のデバイスを使おうとしていますが、最小感度が20-100gと大きいの対してロボットの自重が1500gと小さいので正確な床反力を求めるのは難しいかもしれないと考えています。
従って、床反力センサーは足が設置したことを検出する程度のセンサーにしか使えない可能性が多分にあります。
左図は床反力センサーを側面から見た図です。足裏に受ける圧力をアルミ板で４つの圧力センサーに分配するようになっています。
以下は上記、床反力センサーに使う予定の部品です。
・圧力センサーFSR400 \350
・感圧範囲：0.2-20N
・個体間の押力再現性：±15-25%（対公称抵抗値）
・１個当りの押力再現性：±2-5%（対公称抵抗値）
・最小感度：20-100g
USBカメラ
OpenCVを使って画像処理を行い、物体検出などに使えるかもという程度の理由て一応カメラを付けます。
距離センサー用の赤外線カメラでRaspberry Piの画像入力コネクタが使われてしまうので、こちらはUSBで接続します。
・USBカメラ型番不明 \1000
・解像度:VGA
レーザーレンジファインダー
赤外線レーザーポインターと赤外線カメラを使って簡易型の距離測定センサー（レーザーレンジファインダー）を作ります。
内容を以下リンクへ移動しました。
６千円でレーザーレンジファインダーを作る