改めてのバネトルク計算
ご無沙汰しておりますrealteckです。
予備校も夏期講習間近です。１週間ほど休みがあったので、改めてバネの計算をしてみました。
今はSRC1.8kg以下級をターゲットにしているので、体重は1.8kgぐらいを想定。
この1.8kgという体重、自分が解体したKHR-2HVが1.2kgなので、KRS-788HV使って組むなら、重量的にもrp(ロパ)の上でも扱いやすいかなと考えていたり。
なんで前回バネ作ったの？と聞かれたら、788の数が限られている上、上半身にハンドをつけて8個使うとなると、下半身にさほどサーボがまわせないから、トルクだけでも解消するために、トーションバネなわけです。
自分が膝関節に必要なトルクを計算するときは、足(上or下ピッチ間)の長さ×体重で考えています。
これは180°でしゃがんで、重心点が膝ピッチと同じ高さにあるとした時の膝トルクです。
どれだけしゃがんでも、今のROBO-ONEの規則ならピッチより上に重心があるわけで、三角関数でしゃがみ途中のトルクを計算するぐらいなら、トルクが最大になる最も深くしゃがんだ時で計算するのは、当たり前なんでしょうけど・・・。
足が２つだから、しゃがむときかかるトルクは1/2じゃないの？ってのは片足でしゃがむとき(例:ジオ・アサルト)もあるでしょってことで。ただ平行リンクのトルク計算は非常に面倒で、文献やら記事を探してもあまり細かく載っている記事が無いように思います。(←一般人には手に入りにくい本に書いてある、またはレベルの高い事項のため割愛されていると思われる。)
※次の段落は大きく間違っていると思います。
盛大なツッコミをお待ちしております。
なので自分は平行リンクを一般のシリアルリンクと近似しています。※この近似は大きく間違っています。
具体的には足首ピッチと腰ピッチ(足ピッチの最上と最下)は直立状態では常に重心点の垂直線上で、しゃがんでも垂直線上と考えます。※実際は屈伸時に膝が前に出るため、重心位置は前にズレます。(逆関節除く)
そしてピッチ間の等しいシリアルリンクを考えます。上の仮定で、最上と最下のピッチは理論上トルクがゼロなので、膝にすべてのトルクが集中します。最後に内力の和=外力の和と考え、ピッチに関わる全てのトルクを膝トルクと考えます。屈伸時が最大トルクだからここさえ満たせば、とりあえず衝撃が加わらない限り歩けると思います。ギア欠けとかは除きますが。
以下、この考えを①とします。
788の平行リンクのロボットはダイガックなんかが有名ですね。(←勝手に名前出してスミマセン)
単に788を使っているからリスペクト、ではなく、SRCでどれぐらいのトルクがあれば動くのかを見る、良い指標になっています。このロボットは、片足のピッチに4つの788サーボを使っていますが、仮に片足だけでまっすぐしゃがむと、さっきの①では膝トルク10.5*4=42kg・cmです。
具体的な体重とかがわからないので、最低条件を満たしているかがわかりませんが、40cmのロボットではかなりのトルクだと思います。
では同じSRCで同じくORCを負かした機体で、詳細なデータ(ここでは、ピッチのサーボと個数、重量、ピッチ間長)を公開してくださっているロボットを探しますと、HammerHead -ALICIA-があります。(←データも引用させてもらいます。無許可でほんとスミマセン)
膝サーボHSR-5498SG(13.5kg・cm)×4(片足)、ピッチ間95mm、重量2.2kgとのこと。
①における最低必要トルクは2.2*95*10^(-1)=20.9kg・cm
対し①の膝トルクは54kg・cm、安全率200％とはおそるべし・・・
では失敗例はあるのですか？と。ええありますとも。私が深山って名前でかつて作ったロボットがですねえ
シリアルリンクで膝サーボKRS-788HV×1つ、重量1.8kg、ピッチ間脅威の150mm
①の最低必要トルク1.8*150*10^(-1)=27kg・cm
対し①の膝トルク10.5kg・cm
結果：お膝が上手に焼けました～(←モンハン風に)
まあ過去の醜態も可愛いもんで、やっとこさトーションバネの話に戻ってきます。
ここまで聞くと、「バネ付けまくればいいじゃん」ってなるけど、これはあくまで自重がかかってるときの話で、起き上がりで足を曲げるときなんかは、バネのトルクが大きいとサーボで曲げられなくなってしまいます。
自重補助はサーボトルクの50％～80％がいい塩梅なのかなと自分は思ってるけど・・・。
SRC1.8kgでピッチ間80mmぐらいだと14.4kg・cm、788×2つだと条件は満たしていますがもう一声欲しい。
一つの平行リンクでサーボが一つだと、軸受だけのところは6箇所(サーボの反対軸含め7箇所)で、補助トルクは80％とすると10.5*80％=8.4kg・cm、6つなので１つあたり1.4kg・ｃｍ。
これで作ろうとするとバネがオーバーズペックうううどうしよー←イマココ
で、どれぐらいのバネトルクを出させるかと考えています。
以下個人的な話
JINS PCメガネ買いました。PC画面も見やすいし、蛍光灯で目が疲れなくていい感じです。
今回は以上。
