1関節ロボット上の加速度センサーデータ

以下の記事の元になっているのは、この論文
1関節ロボット、アイコメ0.1(外形はこちら)上におかれている3軸加速度センサーが転倒に対してどのように反応するかを調べてみた。

正直驚いた。ロボットに載せずに、机の上で動かしたりのシミュレーションはすでに行っていて、その結果も示しているが、その結果とは大きく違っている。

垂直に立てた状態から、手を離して、5度か10度自由に傾かせて、手で止めてまた垂直に戻すというのを3回やったデータである。止めたところは、およそ、ここで関節を固定させたらいいなと、私が判断した場所である。

(1)重力の誤差が小さい。Z(縦)方向のg(重力加速度)は1で、他はゼロが理論的に予想されるところだ。ほぼ、そんな感じだ。Y軸は、私がほぼ水平(すなわち棒が垂直に立っている)と思われるように調整しているが、前後の軸(X軸)は、丁寧に調整していないのでわずかにずれている。

(2)一度の揺れを感度良く捉え、たくさんのデータを輩出している。前の結果と比べてもらえば一目瞭然だ。サーボによる調整のトリガを出す上で、とてもわかりやすい。

ここで、理論的に予測される、臨界角度を調べてみよう。アイコメ01は10センチの横棒の中央から33センチの高さ(コンピュータが置かれているアルミ板までの高さ使う)だから、その比は6.6である。この場合の臨界角βは、ラディアンで0.075869、角度で4.346973501度であることがわかっている(この論文参照)。

すると、左の図からわかるように、Y軸方向の加速度は、sinθcosθであるから、重力加速度のsinθcosθになったときが垂直からの角度がθになったときであることがわかる。このθに0.075869を入れると、上記の値は、0.001324162となる。つまり、Y軸方向の加速度が絶対値で、0.001324162ときである。

もし、この理論値が正しければ、極めて初期の段階で、関節の固定が必要となることを意味している。

サーボモータに、こんなに微妙なコントロールは不可能であるから、実際上は、センサーが倒れ始めているデータを出し始めた途端、関節を固定化するようにサーボの角度を与えることが必要になる。