ROBO-ONEにチャレンジ！ 二足歩行ロボット自作ガイド

詳細目次

はじめに
1章　これからはじめる二足歩行ロボット
1-1　二足歩行ロボットの3つの技術
　1-1-1　サーボモータを知る
　1-1-2　運動学を理解する
　1-1-3　ロボットの脚構造
　1-1-4　ロボットの姿勢を知る
1-2　二足歩行ロボットの開発環境の概要
　1-2-1　コントロールボード　Arduino
　1-2-2　パソコン
1-3　本書で目指す二足歩行ロボット

2章　ROBO-ONEについて
2-1　ROBO-ONEとは
2-2　ROBO-ONEの進化の歴史
2-3　ROBO-ONEの見どころ
　2-3-1　大技の瞬間を見逃すな！
　2-3-2　出場できるロボットは？
2-4　ROBO-ONEの競技内容について
　2-4-1　3つの競技カテゴリー
　2-4-2　大会を生で見たい！
2-5　ROBO-ONE競技規則
　2-5-1　試合形式
　2-5-2　ダウンの規定
　2-5-3　タイムの取得
　2-5-4　ロボットの操縦方法
　2-5-5　禁止事項
　2-5-6　予選
　2-5-7　認定大会
2-6　ROBO-ONEの技
　2-6-1　すくい上げ
　2-6-2　ひねりたおし
　2-6-3　すくい投げ（大技）
　2-6-4　前転キック（大技）
2-7　ROBO-剣と競技規則
　2-7-1　ROBO-剣とは
　2-7-2　競技規則
2-8　ROBO-ONE/ROBO-剣の今後

3章　ロボットの駆動部分：サーボについて
3-1　サーボとその変遷
3-2　サーボとは
　3-2-1　サーボの概要
　3-2-2　ロボット用サーボがサポートするインタフェース
　3-2-3　マルチドロップ接続
　3-2-4　シリアル通信
　3-2-5　通信プロトコル
　3-2-6　コントロールテーブル
　3-2-7　ホストコントローラ
3-3　近藤科学のサーボ
　3-3-1　KRSシリーズの種類
　3-3-2　シリーズ構成
　3-3-3　B2Mの紹介
　3-3-4　パラメータ設定
　3-3-5　サーボマネージャ
　3-3-6　PCとの接続
　3-3-7　配線
　3-3-8　PWM制御
　3-3-9　使用方法：コントロールボード RCB-4
　3-3-10　使用方法：PC
　3-3-11　使用方法：マイコンボード
　3-3-12　まとめ
3-4　双葉電子工業のサーボ
　3-4-1　サーボの概要
　3-4-2　パソコンでサーボを動かす
　3-4-3　特徴的な機能
3-5　Dynamixelとは
　3-5-1　ラインナップ
　3-5-2　Dynamixelがサポートするインタフェースとコネクタ
　3-5-3　通信プロトコル
　3-5-4　Dynamixelのコントロールテーブル
　3-5-5　ホストコントローラ
　3-5-6　PCからDynamixelを制御する（Python編）

4章　Arduinoによるサーボ制御
4-1　Arduinoとは
4-2　色々なArduinoボード
4-3　Arduinoの開発環境
4-4　Arduino Unoのハードウェア
　4-4-1　ATmega328P
　4-4-2　RAMとフラッシュメモリ
　4-4-3　PWM
　4-4-4　A/Dコンバータ（アナログ-デジタル変換回路）
　4-4-5　デジタルI/O
　4-4-6　シリアル通信
4-5　I/Oシールドでプログラミング
　4-5-1　PSDセンサのデータを取り込むスケッチ
　4-5-2　PWMサーボを制御するスケッチ
　4-5-3　ToF距離センサと2軸PWMサーボを制御するスケッチ
　4-5-4　16軸のPWMサーボをコントロールできるボードを使う
4-6　ArduinoでKRSサーボを使用する方法
　4-6-1　必要な製品
　4-6-2　ハードウェアシリアルとソフトウェアシリアル
　4-6-3　準備
　4-6-4　ライブラリの概要
　4-6-5　サンプルプログラム
　4-6-6　ICSのコマンドにつきまして
　4-6-7　setPos()関数の処理
　4-6-8　プログラムの実行
4-7　Arduinoで双葉電子工業のサーボを動かす（制御／情報取得）
　4-7-1　Arduinoで何ができるのか
　4-7-2　何をするのか
　4-7-3　Arduinoとサーボの接続方法
　4-7-4　サーボを動かしてみる
　4-7-5　サーボの角度データを取得してみる
　4-7-6　他にはどんなことができるのか
4-8　DynamixelをArduinoで制御する
　4-8-1　DXSHIELD
　4-8-2　DXSHIELDのArduino用ライブラリ

5章　ロボットアームを作ろう
5-1　ロボットの構造
　5-1-1　サーボ
　5-1-2　Arduino Unoボードとサーボ接続
5-2　ROBO-剣用スケッチ
5-3　ROBO-剣の遠隔操作部門に参加しよう
5-4　最新競技規則対応
　5-4-1　竹ひごを使った竹刀の製作
　5-4-2　吸盤により固定するスタンドの製作
　5-4-3　ロボットとの接続を通信ケーブルのみにする方法
　5-4-4　第6回優勝ロボット

6章　いろいろな姿勢センサ
6-1　姿勢センサについて
6-2　LSM9DS1 9軸慣性計測ユニット
6-3　MPU-6050搭載6軸センサモジュール
6-4　MPU-9250搭載9軸センサモジュール
6-5　BNO-055センサモジュール
6-6　CMPS11
6-7　姿勢センサのまとめ

7章　二足歩行ロボットを作ろう
　7-1　ロボットの歩行を理解する
　7-2　ロボットの歩行プログラム
　7-3　歩行時の外乱補正制御
　7-4　まとめ

8章　色々なハードウェアを作るコツ：クロムキッドの作り方
8-1　クロムキッド・ガルー
　8-1-1　最初のロボット購入
　8-1-2　最初のロボット大会参加
　8-1-3　機体の改良を色々試行錯誤して大会に参加
　8-1-4　小型の機体で大会に参加
　8-1-5クロムキッドとガルーの製作方法
8-2　それぞれの大会に応じたロボットの作り方
　8-2-1　ROBO-ONE
　8-2-2　ROBO-ONE Light
　8-2-3　ROBO-ONE auto
　8-2-4　ROBO-剣
8-3　機体の設計前に考えたこと
　8-3-1　相手を知る
　8-3-2　自分を知る
　8-3-3　攻撃や防御で考えた機体構造
8-4　ロボットの設計
8-5　ロボットを構成する素材と部品
　8-5-1　素材
　8-5-2　部品
8-6　試作・製作・メンテナンス
　8-6-1　製作で主に使用する工具
　8-6-2　あると便利な工具
8-7　大会直前の注意点
　8-7-1　大会前にいつも行っていること
　8-7-2　試合前に必要なこと
8-7　最後に

9章　連覇するロボットの作り方（コンセプト作りを主に）
9-1　キング・プニの紹介
9-2　設計コンセプト
　9-2-1　目的と目標
　9-2-2　自己分析
　9-2-3　大コンセプト
　9-2-4　小コンセプト
　9-2-5　設計コンセプトの考え方、まとめ
9-3　キング・プニのコンセプト
　9-3-1　目標と自己分析
　9-3-2　キング・プニの大コンセプト
　9-3-3　小コンセプト
9-4　キング・プニのハードウェアの作り方
　9-4-1　片軸の部分は軸受で保護する
　9-4-2　脚のベアリング
　9-4-3　可動部分にできるだけサーボを配置しない
　9-4-4　フリー軸
9-5　キング・プニのソフトウェアの作り方
　9-5-1　モーションの狙い
9-6　キング・プニ　勝つための小ネタ
　9-6-1　ケーブルの配線とテープ
　9-6-2　ZHコネクタのホットボンドで接着
　9-6-3　スポンジで衝撃吸収
　9-6-4　ホーンを六角ネジで固定してガタを消す
　9-6-5　ねじロックは絶対に使うこと
9-7　あとがき

10章　ロボットに多彩な動きをさせる：メタリックファイターでのモーション作り
10-1　モーションの考え方
　10-1-1　モーションとはロボットの動きのこと
　10-1-2　ロボットを構成する基本部品はサーボモータとサーボアーム
　10-1-3　基本部品を組み合わせて直線運動を作る
　10-1-4　サーボモータを組み合わせてさまざまな姿勢を生み出す
　10-1-5　姿勢を連続的に変化させることでモーションが生まれる
10-2　モーションの作成方法
　10-2-1　姿勢を作る
　10-2-2　モーションを作る
　10-2-3　モーション作成時のルール
10-3　効果のある攻撃モーションとは
　10-3-1　パンチモーション
　10-3-2　腰の回転軸を組み合わせたパンチモーション
　10-3-3　足の重心移動と組み合わせたパンチモーション
　10-3-4　足裏をフルグリップ化
　10-3-5　移動と組み合わせたパンチモーション
10-4　モーションのシーケンス
　10-4-1　前進移動モーション
　10-4-2　起き上がりモーション
10-5　コントローラへの割り当て
　10-5-1　どこにどのモーションを入れるかが重要
　10-5-2　メタリックファイターのコントローラへの割り当て
　10-5-3　標準化の促進

11章　ロボットの高速化について：Frosty 
11-1　Frostyの高速走行性能の紹介
11-2　高速走行実現の課題
　11-2-1　サーボは指令通りには動かない
　11-2-2　通常の軸配置だと膝サーボの速度が足りなくなる
　11-2-3　定常走行時は遊脚を前に出す動作はイナーシャが大きい
　11-2-4　速度を上げると接地衝撃が大きくなり反力で姿勢が乱れる
11-3　二関節筋の働きからヒントを得た足機構
　11-3-1　二関節筋とは
　11-3-2　二関節筋の働きからヒントを得た脚機構
　11-3-3　疑似直線リンク機構
　11-3-4　バックドライブ性の重要性
　11-3-5　バネについて
　11-3-6　股関節ロール軸のリンク機構
11-4　FPGAの特性を生かした制御アーキテクチャ　
11-5　Frostyに使われている部品や実装上の工夫、ノウハウについて
　11-5-1　電圧について
　11-5-2　サーボの改造
　11-5-3　ねじりバネの作り方
　11-5-4　ナイロン（ポリアミド）のSLSによる3Dプリント部品について
　11-5-5　イリサートの使用
　11-5-6　カーボンへのフランジ付きベアリングの埋め込み
　11-5-7　足裏材の選定と接着方法
　11-5-8　配線ケーブルについて
　11-5-9　IMUについて
　11-5-10　I/F基板用部品
11-6　あとがき

付録　失敗しないための注意点
A-1　ハード編
　A-1-1　電源アダプター
　A-1-2　Arduinoボードは色々な給電方法を持つ　
　A-1-3　ノイズを考え、はんだ付けで確認をする
　A-1-4　9軸センサの方向確認
　A-1-5　計算と現実が合っていること確認をする
　A-1-6　サーボのコネクタは色々ある
　A-1-7　抵抗値は間違えないようにする
A-2　ソフト編
　A-2-1　シリアルサーボには電源をいれて、エラーを確認する
　A-2-2　エラーの解決方法
　A-2-3　スケッチ名の付け方