ロボコンの足回りについてまとめる

オムニ

概要

ロボコンにおいては、オムニホイールを使用した足回りを指している場合が多い この足回りは一番ポピュラーな足回りで制御が楽なため、採用される場合が多い 海外ではH状に配置する奴と区別するために、ホロノミックドライブ (Holonomic Drive) と呼ばれることもある この茶色いやつは、フリー回転するタイヤであり、図の赤矢印の方向に滑るということである 図のように二枚のオムニホイールで一輪が構成される

オムニ	動くオムニ
	youtubeより

これはフリー回転するバレルによって、タイヤの回転方向にのみ力が作用するためである

具体例

3輪で、前に進みたい場合は以下のようになる 上のホイールは回転させずにキャスターの役割をしている

前に進みたい場合	ベクトル分解

右に進みたい場合	ベクトル分解

逆運動学

上の図のようにロボットの移動させたい速度ベクトルに対して、ホイールをどの方向にどれだけ回転させればいいのか を考えるということを逆運動学と呼ぶ 自分で考えるのは面倒なので、有名な阪大の資料を参考にする

阪大より

このようにいい感じに一般式もヤコビ行列表記もされているので、わかりやすいだろう 実装は上の式を書くだけなので簡単である。

メカナム

メカナムは下の図のようにバレルが斜め45度にまがっちゃった的なタイヤである

概要

ドライブの呼び名もメカナムドライブである この足回りは、オムニと仕組みはほぼ同じであるが、進行方向への速度が出やすいため、速度重視の競技で採用される場合が多い 上下左右のホイールの向きが左右反転していなければならない(ベクトル自体は干渉する必要があるため)ため、基本的に４輪でしか使わないし、配置も決まっている

一見するとどうなっているかわかりにくいかもしれないが、フリーローラーの方向を下から見てみると、４輪オムニと同じであることがわかると思う よって、図の右前と左後のタイヤだけを前に回転させると、オムニのように左前方向へ進む

逆運動学

逆運動学モデルは以下である。 ちょっとオムニより複雑に見えると思うが、これはバレルがホイールの回転方向に対して45度傾いているためである。

阪大より

ステア

概要

ステアは独立ステアリングとも呼ばれ、全部のタイヤの向きを回転させることで、全方向に移動する機構である 機械的にも制御的にも複雑であるが、理論上最速の足回りであるため、ロマンを求めて作成する場合もある 海外ではSwerve Driveと呼ばれている。

具体例

東大のステア
youtubeより

タイヤは普通のタイヤであるが、摩擦係数の高いものを使用する場合が多い

逆運動学

逆運動学だけで言えば、ステアが一番シンプルであるが、阪大の資料が間違っているため、 私が一番わかりやすいと考えている資料をコピペしておく 角度の算出方法が書いていないが、アークタンジェントに図中のV1xとV1yを入れればいいだけである ステアの制御は、操舵をどうやって制御するのかに尽きる

一覧表

足回り	タイヤ	モーター数	メリット	デメリット
対向二輪	ノーマルタイヤ	1	最小限	曲がれない
独立対向二輪	ノーマルタイヤ	2	直進と旋回ができる	全方向移動できない
ホロノミックドライブ	オムニホイール	3 or 4	全方向移動できる	高加速度を実現しづらい　高速移動が実現しづらい　直進性が低い
メカナムドライブ	メカナムホイール	4	全方向移動できる　高速移動が実現可能	高加速度を実現しづらい
H-Drive	オムニホイール	4~
独立操舵 (Swerve Drive)	ノーマルタイヤ	6 or 8	条件付きで全方向移動できる　高加速度かつ高速に移動可能	機械も制御も難しい　スリップリングにしないと配線が千切れる　重い
独立操舵 (Differencial Swerve or Coaxial Swerve)	ノーマルタイヤ	6 or 8	条件付きで全方向移動できる　高加速度かつ高速に移動可能　配線が千切れない	機械が大変　トルクが干渉するため制御が死ぬほど大変　重い
独立操舵 (平行移動のみ)	ノーマルタイヤ	4 or 5		全方向移動できない
アクティブキャスタ	ノーマルタイヤ	6 or 8	完全な全方向移動が可能	機械がかなり大変　制御が大変　スリップリングにしないと配線が千切れる　重い
West Coast Drive	ノーマルタイヤやオムニホイール	6~