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倒立振り子の製作-1 (準備編)

 以前から倒立振り子を作ってみたいと思っていました。このあいだのMFT2014でも注意して見ていたのですが、なかなかしっくりくる事例が見つかりませんでした。ところが今回、ちょうど良い解説記事を発見しました。
 発見したというかエアバリさんのつぶやきで見ました。私はtwitterやってないので反応できなくてすみません。

▼もう一つの倒立振り子(デジタル編), 図をクリックで別窓に表示
倒立振り子、デジタル編
 この記事の作成者はArduinoDeXXXさんで、これ以外に、「半日で作る倒立振り子」などの記事を書かれています。とりあえずはこの記事の内容に沿って製作を進めてみたいと思います。

▼タミヤのダブルギヤボックス
タミヤのダブルギヤボックス
 これで動かすそうです。どんなモータ使えばいいか判らなかったので助かります。子供が遊ぶ物なので値段は格安で、750円くらい。これでモーターが2個付いてきます。

▼慣らし運転中
2軸モーター完成
 1Vくらいの電圧で低速でしばらく運転して当たりを出してやりました。定格の3Vで廻すとものすごい高速回転すると共に、ブラシが焼けるあの懐かしい匂いがしてきました。

▼ジャイロセンサ
ジャイロセンサー
 秋月の3軸ジャイロセンサ、L3GD20をDIP基板に乗せたものを使います。

▼回路図(I2Cインターフェイス版)
ジャイロセンサー配線図
 解説記事はSPIインターフェイスになっていますが、寄り道してI2Cで動かしてみます。せっかく面白い部品が集まっているので半日で作るのはもったいなさ過ぎます。

 I2Cで新たな部品を使う場合、配線が終わったらまずはI2Cのアドレススキャナプログラムなどでインターフェイスがうまくいっているか確認するといいです。

 ということで、味わいながらゆっくり作っていくことにします。というかまだ車輪が来ていません。

 ちなみに動かすためのスケッチはネットで入手したものを手直しして使いました。ただ完成度が低いので今回は公開しないことにします。

▼ジャイロセンサで測定した角度変化
ジャイロセンサーで検出した角度
 ジャイロセンサーからは角度の変化率(Ddegree Per Second)の値が出てきます。これを積分すれば角度になるはずなので、基板をプラスマイナス30度くらい傾けて計算した結果が上のグラフです。元の姿勢に戻したのにデーターにはオフセットが残ってます。いろんな誤差が積み上がってこういう結果になるようです。

 このあたりの話は解説記事を読んでみるといろいろ書いてあります。いろいろ実験しながら進めていきたいと思います。
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前後に走ってバランスをとる

こんにちは。まだ全貌が見えませんが、前後に走ってバランスを取るロボットなんですね。

突然ですが、高校の図書館で読んだロゲルギスト著「物理の散歩道」という本を思い出しました。変な著者名ですが物理学者グループの共著ペンネームです。その中に一軸の車輪上に組んだ重心の高い人形を前後に自走させてバランスを取るおもちゃの試作記事があって、今でも略図を書けるくらいしっかり読んだものです。私の工作好みの原点に近いかもしれません。

当時ですから当然アナログ制御で、前後の転ぶ方向に出した銅板製のSWをセンサーにして、導通すればモータが回り倒れた方向に走るというもの。普通の本なら工夫の集大成を紹介するところが、この本は単純な構造で失敗した過程から、満足できる動作まで試行錯誤の過程を全部記事にしてありました。最後は過敏すぎるセンサーを、固定から取付部にガタをもたせて物理的に遅延させた方式に変更して完成というものでした。1モーターの直進構造ですから、方向変換はできませんでしたが。

アナログ工夫に対し電子制御で何が進歩するのか、期待とともに拝見させていただきます。組み上がるのが楽しみですね。

なんか懐かしくなって、昭和40年代刊行の古本をYahoo!のオークションで入札してしまいました。…さきほど落ちたようです。

ジャイロを使う制御ですね

DeXXXさんところの、ページはブックマークに前から入っています。

ジャイロセンサーとモータ制御は、凄く面白いと思うんですが、レベル高すぎて、ついて行けません。姿勢制御ってのは、仕事の道具の一部にモロに応用できますし、買えば軽くン百万円の世界なんで(笑)

たぶん、これを応用することで、ステディカムが作れて、
http://sg.blog.jp/archives/51987358.html

最終的には、仕事で使えるレベルの補助アームシステムが作れるかなと。

re:前後に走ってバランスをとる

macoswayさん、おはようございます。

ロゲルギストという言葉初めて知りました。面白そうですね。「物理の散歩道」、読んでみたいと思います。

オリジナルの作品通りに作るだけでは面白くないので、完成後に一味付け加えようと思っています。どうなることやら、、

re:ジャイロを使う制御ですね

SGさん、おはようございます。

>DeXXXさんところの、ページはブックマークに前から入っています。
流石SGさん、アンテナが高いですね。

これ作るとジャイロとモータードライバの使い方が習得出来るはずなので楽しみながらやっていきたいと思います。

【お願い】ロゲルギスト

すみません。昨日は先走って書きすぎましたが、ロゲルギスト本、落札できたのは通巻の一部でして、残りを入札中です。こちらのブログ巡回の方と競合することに(笑)にらないよう、本日夜までは情けをもって見逃していただきたく……、考えすぎですが、お願いする次第です。

re:【お願い】ロゲルギスト

macoswayさん、了解です。

稲城市立図書館のWebから蔵書検索すると出てきますので、私は図書館で借りようと思います。

re:【お願い】ロゲルギスト

(続報)夕方に少々上がりましたが、先ほど落札できました。お騒がせお詫びしご理解に感謝いたします。
図書館の検索はよく利用するのですが、昨日まで思い出すことすらなかったので、これまで検索すらしませんでした。
当初岩波から刊行され、その後、中央公論社・筑摩書房から「新」のつくシリーズが出ています。なるほど図書館には岩波が全部、中央公論社のは3巻まであるようですので、続編も読めそうです。
それぞれ復刊されていますが、今回落札は初回刊行のもので、理屈っぽい好奇心を育んだ自分の原点として(笑)愛蔵します。
岩波版の目次が
http://www.iwanami.co.jp/moreinfo/005960+/top.html
にありますが、今回思いだしたのは「第1巻/人形を直立させる実験」だと思います。このほか、記憶があるのは、「第2巻/丸ビル大の豆腐」です。豆腐の大型化の理論値を風呂桶サイズ(笑)と導いたもので、推論過程をありありと覚えています。
刊行年から考えると当時読んだのはこの2巻までくらいでしょう。思い出しのきっかけをいただき、ありがとうございました。

re2:【お願い】ロゲルギスト

macoswayさん、おはようございます。

無事落札おめでとうございます。
私もヤフオクを検索して、それらしい出品の入札状況を見ました。当事者以外にはIDの先頭3文字しか見えませんが、その3文字見れば私には、これmacoswayさんだろうなと判りました。

バランス

例によって、どうでもいい事をグタグタ書いてみます。
SGさん私も「ステディカム」なる物が世にあることを全く知らなかった。
今まで手振れで、下手なビデオを撮っていたのが恥ずかしい。
しかし、昔はカメラ屋さんにステディカムは売っていなかった??どうして気が付かなかったのか不思議です。
今度覗いて買ってこようかな。

そして今度は、倒立振り子。。
倒れる方向に走る(動かす)なるほど!!

誰でも子供のころに自転車の練習で自転車が直ぐ倒れて泣いていた。
僕は一か月以上練習して漸く乗れるようになった気がする。早い子供は数日で乗れるようになっていた。
ある日突然、倒れず自転車に、乗れるようになる(なった)。不思議です。
誰かが、倒れる方に体を曲げよと云ったような気がするが、これはどう考えても間違い。
確かに理屈より体が覚えたのです、考えれば考えるほどそれまで頭が混乱して倒れていた。

中学生のころ貧乏農家で山羊を飼っていた。
春先、雌山羊が発情し、遠くの雄の山羊が居る農協へ、僕は雌山羊を種付けに運んだ。

自転車の荷台にリンゴ箱を横向きに載せ、その中に山羊を立たせて縄で縛りつける。
当然自転車の重心が高くなり、山羊が暴れて自転車が倒れないかと心配だったが。
結論を言うと、自転車は絶対倒れなかった。山羊は(動物は?)本能でバランスを取る術があるのです。
余計な事でした、、、御免ゴメン。

re:バランス

岡目八目さん、おはようございます。いろいろと懐かしい話ありがとうございます。

これ昨夜動き始めたのですが、ステディカムのようにじっとしているのではなくて、常に安定点の前後に振動させて追従させるタイプでした。

使っているのが角速度センサーだけなのでこういう動作になるのは仕方ないんでしょうね。でも面白いです。紹介記事はたぶん今日中に登録できると思いますのでお楽しみに。
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