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二足歩行ロボットを個人で自作する~頭部の設計

ここでは「二足歩行ロボット」を個人で自作するまでの道のりを記していきます。

 

この記事を読むことで

個人でロボットを作るまでの方法

二足歩行ロボット:頭部の設計例

を知ることができます。

 

前回までで二足歩行ロボットの腕、足、胴体の設計を行ったので、ここでは頭部を設計していきます。

設計順や、気を付けた点を紹介していくので、是非ロボット作りに挑戦してみましょう!

それでは始めていきますね。

 

二足歩行ロボットの頭部の機構

では早速、二足歩行ロボットの頭部の機構を考えていきます。

 

頭部のサイズを決める

まず頭部のサイズを決める上で重要になってくるのが

胴体のサイズから決める

搭載する部品が入る大きさにする

点です。

 

humanoid_head_create-03

胴体の大きさは、122.0mmで作成していたので、この横幅を基準に作成を進めていきます。

 

また、頭部にはRaspberry Pi用カメラ、サーボモータを搭載するので、これらが頭部に収まるように設計をします。

 

カメラの取り付け方法・位置を決める

頭部のサイズがイメージできたら、使用する部品のパーツも製作しておきます。

3DCADの場合、各パーツをアセンブリ(組み合わせる)機能があるので、使用する部品を作っておくと、イメージがしやすくなりますよ。

 

今回使用するRaspberry Pi用カメラを大雑把に作成しておきました。

humanoid_creat_head-07

使用するRaspberry Pi用カメラはこちら↓

秋月電子通商:Raspberry Piカメラモジュール

 

Raspberry Pi用カメラは四隅に2mmのネジ穴が開いているので、取り付け方法はねじ止めにしたいと思います。

また、カメラの取り付け位置は

モバイル型ロボット「RoBoHoN」のカメラ位置

を参考に頭部中央に配置しようと思います。

Humanoid_head_create-02

(引用:SHAPP モバイル型ロボット「RoBoHoN(ロボホン)」の新製品3種類を発売

 

目のパーツ・取り付け方法を決める

続いて、ロボット目のパーツを製作します。

目はフルカラーLEDで光らせたいので、光が反射するアクリル板を使います。

humanoid_creat_head-09

これをカメラのねじ止めと一緒に固定することで、取り付けます。

 

フルカラーLEDはラズパイで制御し、各動作パターンによって目の色を変化させます。

ラズパイでフルカラーLEDを制御する方法は当サイトでもまとめているので、是非こちらも合わせてご覧ください。

ラズパイでRGBフルカラーLEDを制御してみる

 

二足歩行ロボットの頭部をCADで自作する

二足歩行ロボットの頭部のサイズ、カメラ、目の取り付け方法や位置をおおよそ決めたので、頭部のパーツをCADで作成していきます。

 

頭部のパーツを設計する

上記でも述べたように、胴体のサイズ、カメラのサイズ、モーターのサイズなどを総合的に考え、設計をしました。

実際に作成した頭部の正面は下図のようになります。

humanoid_creat_head-04

 

正面から見ると、カメラモジュール、目の位置がどこかがハッキリと分かりますね。

では頭部の取り付け方法がどうなっているのかも見ていきます。

 

カメラ、目の取り付け

下図は頭部を後ろから見た図になります。

humanoid_creat_head-05

設計時に注意した点は

頭部中央にカメラモジュール固定用のねじ穴を作る

眼帯部にアクリル板を差し込めるスペースを確保する

ことです。

 

humanoid_creat_head-08

特にRaspberry Piカメラモジュールのねじ止めは、頭部中央のカメラがハマる場所にナット固定部分を作りねじ止めできるようにしてあります。

(3Dプリンターなどで実物を印刷すると、サポ材を取るのがすごく大変ですが(>_<) )

 

目の部分にはLEDを固定したいので、適当な箇所に隙間を作っておき、そこへ配線などを通して固定します。

 

また、後面が吹き抜け(空いている)のは

カメラモジュールの配線を通す

サーボモータの固定&メンテナンス性を上げる

ためです。

この辺りの設計は人それぞれで良いかと思います。

 

頭部とモーターの取り付け

続いて、頭部の底面になります。

底面には下図のようにモーター取り付け用の箇所を作っておきました。

humanoid_creat_head-06

 

ただ、モーターの設置位置によって可動域がかなり変化するので、気を付けましょう。

ちなみに上図の場合、モーターは横ではなく、縦に付けるべきでした…。

 

頭部を含めてロボットのアセンブリをする

二足歩行ロボットの頭部となるパーツの設計ができたので、実際にアセンブリをして確認をしてみます。

 

頭部とカメラのアセンブリ

まずは頭部とカメラのアセンブリをします。

humanoid_creat_head-10

Raspberry Piカメラモジュールのねじ穴位置が、頭部固定部分とピッタリ合えば問題ありません。

ここの設計を間違えると、Raspberry Piカメラモジュールを固定できなくなるので注意しましょう。

 

頭部と目のアセンブリ

続いて、頭部と目の部品をアセンブリします。

カメラモジュールのねじ穴と一緒にねじ止めするため、下図のようになります。

humanoid_creat_head-11

これで動作中に目の部品が落ちることはないでしょう!

 

二足歩行ロボット全体のアセンブリ

では最後の集大成として二足歩行ロボット全体をアセンブリして確認します!

まずは正面から見た図になります。

humanoid_creat_head-12

なんか、可愛い二足歩行ロボットになりましたね。

カメラの位置や、目の位置もバッチリです!

 

後ろから見ると、バッテリー交換用のスペースや、カメラモジュールの配線用のスペースなどを取ってあるので、空洞があることが分かりますが、問題ないでしょう。

humanoid_creat_head-13

 

これで、二足歩行ロボットの設計がすべて完了しました。

あとは実際に作ってみて、可動域の確認、モーションの作成、9軸センサとの並列処理、カメラでの画像処理を行うのみですね!

是非、この機会に皆さんも二足歩行ロボットを設計&製作してみてはいかがでしょうか。

この記事がモノ作りのお役に立てれば幸いです。

お疲れ様でした。

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