今回も研究関係のメモ
　メモしないと忘れがちなので
　今回は四足歩行の話
　動物的な話ではなく
　ロボットの歩行の話
　
　簡単にいえば
　今回は四足歩行に必要なサーボのトルクの計算
　計算という計算になるかはわかりませんが、
　本やネット情報をもとに考えていこうと思います。

　調べてみると分かりますが
　ロボット　歩行　と調べると
　なぜか二足歩行の話ばかりでます。
　私的にはそんなには二足に特別な情熱がないのですが
　とても多いです
　研究にしても
　趣味にしても
　歩行で調べてほしい情報が
　四足歩行であっても
　二足の話ばかりでるときも
　なぜそんなにも二足などという非効率な歩行方法にこだわりのだ
　ロマンなのか？
　まあ、そのへんはおいといて本篇です

　まず、考えなくてはいけないことは
　一つの脚にかかる力です。
　マニピュレータでモノをとるのよりずっとトルクが必要になってきます。
　なんたってロボット本体を持ちあげるのですから。
　しかし、4本脚といっても全ての重量が四つに分けられるわけではありません。
　歩くためには脚を持ちあげて動きます。　
　そのため、脚を一本上げる場合は
　残りの三本に重量分の力がかかってきます。
　さらに力のかかり方から言うと
　重心位置から考えると
　動作中動いている脚（遊脚）の向かいの脚にはほとんど力がかからず
　残りの二本に力がかかるため
　脚一本にかかる重量分の力は全体重量の半分となります。
　
　次に考えるのは脚の速度です
　歩行の速度＝脚の速度
　ではなく、別物です。
　歩行の速度は地面からみたときの速度で
　脚の速度は胴体からみたときの脚の速度になります。
　また、四足歩行で亀のように脚を一本ずつ動かしていく場合
　全体をVLで歩行させるとするときを考えると
　4歩動かす時間、1周期の時間をTとして
　1本の脚を動かす時間をT/4にする
　ということはT/4で脚をあげて次の着地点に接地しなくてはならない。
　一歩分の歩幅をaとすると足跡の間隔と1周期で進む距離もaとなる
　そのため本体の速度VLでは一歩分のaを1周期Tの時間で進む速度であるが
　脚自体はaの距離をT/4の速度で動かなくてはならない。
　そのため、地面からみた遊脚の速度は4VLとなる。
　ただし、遊脚の根元は胴体についているため
　地面からは速度VLで進んでいるとしたら
　胴体と遊脚との相対的な速度であるVSはその分を引いて
　VS=3VLとなる
　よって、胴体を速度VLで歩行させるときは
　脚のアクチュエータは3VLの脚先速度を出せるようにしなくはならない。

　そのことから
　モータの選定方法を考えると
　遊脚として動かしているときよりも
　支持脚として安定を保っている時の方が
　トルクは必要になる
　そのため、考えるときは支持脚のときに必要なトルクを考える
　必要なトルクは四脚の場合は全体重量の半分程度になる。
　そこから、モータの定格トルクで発生できる値をみる
　最大トルクでは体重を支える続けることはできないので定格トルクで設定する
　速度はトルクとは逆に
　支持脚よりも遊脚の速度の方が早いため
　そちらから考える
　これも最大ではなく定格の方で合わせる
　
　その後それらに合わせたモータを選定する
　モータのカタログを見ながら
　出力は大きいに越したことはないが
　出力が大きくなると必然的に重量も増加する
　そのため
　出力/重量の値が大きなモータを選ぶ
　また、同じ積の場合は
　定格トルクの大きい方がいい
　トルクが1kgf・cmで回転速度が6000rpm
　と
　トルクが2kgf・cmで回転速度が3000rpm
　のモータがあった場合は
　減速比を考えた場合は
　回転数は内部の損失が大きいため、スタート時の加速がよくない
　位置決めの観点からも減速比が大きいとずれが大きくなる。
　
　話は少し変わるが
　関節にモータがはいるため
　他の脚が動いている状態でも常にトルクを出して
　現在の状態を維持し続けなくてはならない。
　そのための保持トルクに使うための電力を出さないために
　バックラッシュをなくすという方法もある
　バックラッシュとは動作後の位置を維持し
　そのままの状態を機構によって維持する方法で
　完全に機構のみで止めることは関節によっては不可能だが
　ギアによって関節の遊びの部分を減らし
　体重をかけられてもぐらぐらしなくなる。
　ハーモニック減速機を用いるとバックラッシュはほとんどなくなる。

　ということで基本的なことをメモってきたが
　これでは実際に使えないので
　せっかくなので
　前に調べたモータを考えてみよう
　まずは調べたモータの出力/重量の値を出して比較してみる
　ラジコンサーボを使う場合、出力とは出てこないため
　出力はトルク * スピードとして計算
　
　Waypoint
　・W-060
　(800[g]*0.11[s])/6.0[g]=14.666
  ・W-038CL
　(700[g]*0.11[s])/3.8[g]=20.263
  ROBIN
  ・RB-S044
　(400[g]*0.12[s])/3.7[g]=12.972
　・SB_S080
  (1500[g]*0.12[s])/8.0[g]=22.5
　PowerHD
  ・HD-1900A
  (2000[g]*0.10[s])/9.0[g]=22.222
  ・HD-1550A
  (800[g]*0.12[s])/5.5[g]=17.454
  ・HD-1160A
　(2700[g]*0.12[s])/16[g]=20.25
  GWS
  ・PICO-STD
  (700[g]*0.12[s])/5.4[g]=15.555
  ・PARK-STD
  (2800[g]*0.18[s])/18[g]=28.0
  Tahmazo
  ・TS-1002
  (1100[g]*0.14[s])/4.7[g]=32.765
  Arced
  ・D541BB Rev.2
  (900[g]*0.09[s])/4.5[g]=18.0
  MiniS
  ・RB50b
  (800[g]*0.22[s])/5.0[g]=35.20
　Futaba
  ・RS304MD
  (5000[g]*0.16[s])/21[g]=38.095
  ・RS303MR
  (6500[g]*0.11[s])/28[g]=25.535
  Vstone
　・VS-S020
  (2200[g]*0.11[s])/12.5[g]=19.36
  Pirkus
  ・PRS-DE07MS
  (7100[g]*0.11[s])/30[g]=26.033
  ・DYNAMIXEL
　(15000[g]*0.11[s])/54.6[g]=30.219
 
　という感じでした。
　電圧が違いますが、その辺は今回は無視して
　本来であれば、低くて高トルクの方がよいのですが
　つくっていた途中でエクセルでつくればよかったと後悔。
　一番値が大きかったのが、
　Futabaのプラギアの方で38.095
　あくまでも効率的な問題です。
 
　胴体と脚部分の取り付け部分の重量がわかれば
　必要トルクはわかるので
　それを考慮しながら、組めば最適なものが見つかるはず。
　あとは値段も・・・
　双葉のサーボはまた格段と高いですから
　通信形式も違いますが
　個人的には制御の面から
　デジタルサーボがいいのですが
　そうなると格段と値段があがる
　モータ的な仕様に変化がないのであれば
　プロトタイプはPWMの方でいいかな。
　
　脚部分の関節については自由度やら、
　向きによって計算が変わるので今回はスル―

　今回参考にした本は
　はじめてのロボット創造設計
　と
　ここが知りたいロボット創造設計
　です。
　少し高いですが、
　メカ系のロボットに関してはバイブル的なものではないでしょうか
　専門書としてはそんなに高い方ではないかな。
　もっと高いものはいやってほどありますし。

　参考サイト
　BROKEN's Advanced Vehicle Laboratory
　http://homepage1.nifty.com/BROKEN/project/walk/memo.htm　
　基本的にことから歩行ロボットについて載っています。
　まとまっており大いに参考にしました。
　今回はまだ歩行パターンについては
　考えておらず、ハード的な話のため
　次回やるとしたら、またお世話になるかもしれません。
　　
　ではまた次回。