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ROBOXERO(73) リンクがわかりたい
2012年10月08日 (月) | 編集 |

前回の練習会の時に「トルクをあげるために」とか「リンク機構」とか「ギアで連結」云々の話が出ていました。
2つのサーボを機械的に協調させることで、パワーをアップできる、というイメージは湧くものの、
具体的にどうすればよいか分かってみたいと思います。




ロボゼロの足は、片足だけでピッチ軸が4つもあります。
すべてのサーボが協調すれば、たしかにトルクがアップしそうな気がします。
正直トルクの定義もよくわかっていませんが、腑には落ちるのでOKです。




まず、ギアで強化する件。
これはたぶん原理的にはこういう事かと思います。

ギア1
↑この図で青い棒と青いギアが固定されているとすると、
緑の軸に対して、一方の青い棒を曲げると、もう一方の青い棒もギアでリンクするので同じ角度だけ回る。


ギア2
ところで、ロボゼロの膝関節は二重関節。
灰色のパーツがサーボで、赤い部分がサーボの回転軸。


ギア3
サーボとギアを組み合わせれば、ロボゼロの二重関節は1個で足りてしまうことがわかります。
もちろん、2つの関節が常に同じ角度でしか動けないという制約はついてしまいます。
1個で足りるところを、2個のサーボの協調にすれば、トルクの向上が期待できます。
そして、サーボ一個あたりの負荷を分散できるので、ギアなしよりギアありの方がパワーが出る!
・・・ということだと思います。




次にリンク機構の件。
「平行リンク」というものを応用するのだと思いますが、
平行四辺形の動きと足の動きがどう関係するのかが頭の中でボンヤリとしています。

そこで実例を見てみる事にしました。

12.jpg
Robovie-nanoの例。一瞬??となりましたが、冷静に見るとわかりやすいリンク機構です。


次に、吉野のロボットさんのUNIのリンク機構。足の動きと平行四辺形の関係がより明快になっています。




つまり二足歩行で使われる「平行リンク機構」とは、

リンク1
こういう感じに、サーボ1個で平行四辺形を動かすしくみらしいことが分かります。
(下の青い棒はサーボケースに固定。左の緑の棒はサーボの回転軸に追従。)

リンク2
さらに、リンクとギアを組み合わせれば、
ロボゼロの4つのサーボを使っている足のピッチ軸の動きを、
サーボ1個でほぼ再現できてしまうことも分かります。
(あくまで理屈上の話で、本当にそうするとトルク不足になったりユパユパしたりするとは思います。
 そもそも、足を前に出せないので歩けなくなります。)

逆に言えば、ロボゼロのサーボ数をそのままにリンクさせてしまえば、
屈伸のトルクを大幅に向上させることができそうに思えます。




リンク機構の効果として、
・サーボの数を減らして軽量化・廉価化・省エネ化・IOポートの節約ができる。
・サーボの数を変えずに、または増やして、トルクやスピードの向上ができる。
という二つ効果が出る事がわかります。

リンク機構のデメリットとしては、
・機構を追加した分、重量が増える。
・サーボの協調をプログラムでしっかり制御しないと、サーボがロックして故障を招く。
・技術的なハードルが若干上がる。
ということが挙げられると思います。




ロボゼロにおける現実的なリンク機構のメリットとしては、
・リンクを使ってサーボ数を減らし、他の軸を追加する。
ということが挙げられると思います。
足のヨー軸追加という将来の野望には役立ちそうな気がします。
・・・いやむりかも。



「リンク機構」というと何となくロボでも上級者っぽいイメージがありましたが、
加工やプログラミングはさておき、理屈は結構シンプルな気がしました。
人間もリンク機構の外骨格的な長ロングブーツを履けば、無電源でパワードスーツっぽい効果が出るような気がしますし、そういうのをすでにどこかで見た気もします。




リンク機構の面白さに気づいたところで、
こんなに効率がいいのなら、自然界の中にもきっとあるだろうと思い、
人間の足の中もリンク機構になっているのかな?と想像してみたのですが、筋肉がのびたり縮んだりして動かしているので、たぶんリンク機構ではないっぽいというか、むしろリンク機構の逆です。




そういう目で見ると、パワーショベルの方が人間ぽいことに気づきます。
油圧らしき部分とアームの鉄骨部分の関係が、筋肉と骨の関係そっくりな感じです。





俄然「油圧」に興味が出てきてしまいます。
当然、奥深いラジコン界には油圧関連製品が山ほどあるに違いないと思い、
さっくり検索してみたところ、トップヒットは100万円のドイツ玩具でした!
LIEB HERR574 1/15 ドイツ究極の油圧

外を散歩していると、ついついパワーショベルに目がいくようになりました。
見かけるパワーショベルはどれもほぼ同じような機構になっていて、効率的にかなり定番化した形なんだなということも分かりました。

リンクの話のつもりが最後は油圧萌えという、妙な脱線をしてしまいましたが、
メカトロの分野も楽しいですね!
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