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TurtleReal2ー Raspberry PiとROSで動かす安価な2軸駆動ロボット Ver.2 －

第七回ROS勉強会 2015/10/4

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目次


1. TurtleRealとは2. 目的3. 特徴4. Turtulerealの進化5. レーザーレンジファインダ6. ステッピングモータ採用のメリット・デメリット7. TurtleReal2構造8. ハードウェア　8.1 ハードウェアブロック図　8.2 コスト9. ソフトウェア　9.1 ソフトウェア構成　9.2 PC・RaspberryPi間通信　9.3 Twistメッセージ10. 結論

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1. TurtuleRealとは


TurtleSimはROSでよく使われるウミガメロボットのシミュレーター、それを実機化したのがTurtleReal

操作ノードトピックシミュレータノード

Turtlesim Turtlesimのグラフ

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2. 目的


ROSで動く安価なロボットでSLAMを試してみたい。

DCモータと位置センサで１号機を製作したが

走行環境に制限があった。

　　　ステッピングモータ搭載の２号機の製作

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3. 特徴


(1) 安価（ロボット本体¥7000台）、小型

(2) Raspberry PiとROSでロボットを制御

(3) レーザーレンジファインダー搭載

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4. TurtleRealの進化


TurtleReal2

TurtleReal2 +

レーザレンジファインダ

レーザレンジファインダ

TurtleReal1

SLAMなどソフトウェアをメインとした次のステップへ

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5. レーザーレンジファインダ


赤外線レーザポインタ＋Webカメラ＋OpenCVで安価（¥6000台）なレーザレンジファインダを製作

レーザーレンジファインダ

レーザーレンジファインダからのLaserScanメッセージをrvizで可視化

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6. ステッピングモータ利用のメリット・デメリット


一号機の問題を解決するためステッピングモータを採用

●メリット　・制御が簡単（オープンループ）　・ダイレクトドライブなので機構のガタがない。

●デメリット　・モータ自体が高価（¥4000）　　　→　安いモータが見つかった（¥700）　・モータ軸に直接付けられるタイヤが高価（¥5000）　　　→　模型用モータの利用（¥600）　・消費電流が大きい　　　→　モータドライバのPWM制御で電流抑制

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目次



10第七回ROS勉強会 2015/10/4

ステッピングモータに付いているプーリに穴を開けて模型用タイヤを取り付けることで低コストを実現

7. TurtleReal2構造 (1/5)


ステッピングモータをアルミフレームに固定



7. TurtleReal2構造 (3 /5)

２つのモータをアルミフレームに固定した状態


モータドライバ等の回路基板をアルミフレームに載せる。



Raspberry Piを取り付けて完成！


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目次



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8.1 ハードウェアブロック図


Webカメラ

WLAN

USB ハブ

右モータモータ

ドライバRaspberry

Pi

DCDCコンバータ

単３電池４個

6V

5V

左モータ

GPIO

USBPWM


Raspberry Piと、その周辺を除いたコスト ¥3860

8.2 コスト

部品名型番／仕様メーカー購入先個数単価小計

ステッピングモータ 17PM-K044-AKZ ミネベア秋月電子 2 ¥700 ¥1,400

ナロータイやセット 58mm径タミヤ Amazon 1 ¥520 ¥520

モータードライバ NJM2670 日本無線秋月電子 2 ¥300 ¥600

基板 75 x 92mm - 秋月電子 1 ¥200 ¥200

電池ケース単3 x 4 - 秋月電子 1 ¥60 ¥60

DC-DCコンバータ OKL-T/3-W12N-C

村田製作所

秋月電子 1 ¥500 ¥500

電源スイッチ 3極トグル - 秋月電子 1 ¥80 ¥80

アルミ板、ネジ等雑費

- - - - ¥500 ¥500

合計 ¥3,860

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目次




全体のソフトウェア構成は下図のようになります。PCの「turtlesim_teleop_key」とRaspberry Piの「制御プログラム」がメッセージ通信を行います。

9.1 ソフトウェア構成

ネットワーク

turtlesim_teleop_key

Linux

ROSsshsmb

Linux

ROS

PC Raspberry Pi

制御プログラム


PCからネットワーク経由でTwistメッセージをRaspbery Piへ送ることによって遠隔操作が出来ます。

/teleop_turtleノード

Twistメッセージ

ネットワーク

PC Raspberry Pi

9.2 PC→Raspberry Piのメッセージ通信

/turtlereal2制御ノード

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9.3 Twistメッセージ


TurtleSimで使っている位置・姿勢指令のメッセージ構造 geometry_msgs/Twist　← メッセージ名 geometry_msgs/Vector3 linear float64 x　← X位置 float64 y　← Y位置 float64 z　← Z位置（今回未使用） geometry_msgs/Vector3 angular float64 x　← X軸回りの回転角（今回未使用） float64 y　← Y軸回りの回転角（今回未使用） float64 z　← Z軸回りの回転角


Raspberry Piと合わせても\7000程度でROS搭載ロボットが作れます。

10. 結論

ご静聴ありがとうございました。

詳しくは「安曇野 ROS」で検索！

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