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Open Hardware Platform Humanoid Robot

Home Page: https://sustaina-op.github.io/SUSTAINA-OP/

License: Other

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sustaina-op's Introduction

SUSTAINA-OP™

Open Hardware Platform Humanoid Robot


SUSTAINA-OP™ RoboCup2022 Edition

What is SUSTAINA-OP™ ?

SUSTAINA-OP™ is an open hardware platform developed to reduce the high cost of developing robot hardware. It is designed by Masato Kubotera, based on the "Gankenkun" robot series developed by Hiroaki Shimoyoshi. SUSTAINA-OP™ was adopted as the official robot of the team "CIT Brains" of Chiba Institute of Technology in Japan, and won the world championship of RoboCup Humanoid League KidSize in 2022.

Caution

Copyright for SUSTAINA-OP™ is held by Masato Kubotera, not by CIT Brains. The copyright has not been completely abandoned.

Development Environments

The mechanism for this product was designed in Autodesk Inventor 2022.

License Information

This product is open source. Please review the LICENSE for license information.

This product by Masato Kubotera is licensed under a CC BY-NC-SA 4.0 DEED.

Note

Summary:

  • Attribution — You must give appropriate credit , provide a link to the license, and indicate if changes were made.
  • NonCommercial — You may not use the material for commercial purposes.
  • ShareAlike — If you remix, transform, or build upon the material, you must distribute your contributions under the same license as the original.

Tip

  • Examples of appropriate creditSUSTAINA-OP™ © Masato Kubotera (2022) CC BY-NC-SA 4.0 DEED
  • Reference & Citation
    To reference and/or cite the work contained in this repository, please use the following publications:
    • Kubotera, M. and Hayashibara, Y.: SUSTAINA-OP™: Kid-sized Open Hardware Platform Humanoid Robot with Emphasis on Sustainability. RoboCup 2023: Robot World Cup XXVI, pp.166–178 (2024) Springer

Important

  • Handling of work products — All work products related to SUSTAINA-OP™ should be released as open source, even if they are utilized in a narrow community where closed development may be a priority.
  • Request for prior inquiry — The developer of SUSTAINA-OP™ is currently employed at the Chiba Institute of Technology. If you are a student at or related to the University and wish to use the SUSTAINA-OP™ deliverables, please contact us in advance.

Acknowledgements

SUSTAINA-OP™ is a robot that incorporates the expertise accumulated by former CIT Brains members who participated in the RoboCup Humanoid League. CIT Brains members collaborated with us in building the actual robots. Additionally, I drew inspiration from various open-source hardware while designing and developing the robot. I would like to express my gratitude to these individuals.

Contact

If you have any questions, please contact the designer of this product, Masato Kubodera, by E-mail.

sustaina-op's People

Contributors

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sustaina-op's Issues

サーボケーブル固定方法の見直し

全機体を比較すると,サーボモータのケーブル長やケーブルと部材を結束バンドで留める位置が異なり,一部の規定では座らせるときなどにリンクにケーブルが挟まるときがある.

ケーブルがリンクに挟まると,最悪の場合断線する恐れがある.

これらの問題を解決するためには2通りあると考える.

  1. ケーブルと部材の結束位置の指定
  2. 結束バンドを用いないケーブルの固定
    である.

ケーブルと部材の結束位置の指定は,ハードマニュアルに結束位置を記すことで解決できる.

結束バンドを用いないケーブルの固定は,押し込むことでケーブルを固定することができれば結束バンドの使用がなくなるほか,固定位置を統一化しやすいと考える.

埋め込みナットの見直し

GankenKun 整備 全機体共通 報告/記録 #4 Commentで提案されたナット廃止だが,

カレイナットなど埋め込みのナットも検討してみてください.
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/221000555673/
まずはタッピングが候補となりますが,耐久性ではナットの方が上だと思いますので.

とコメントをいただいた.

埋め込みナットを廃止しタップ加工に変更するか,カレイナットを使用するべきか調査検証を行う.

六角スペーサ ASU-340 埋め込み加工の調査

脚付け根ユニット・足首において,六角スペーサASU-340を用いて,サーボを挟み込むa2017切削部品を結合している.

[図 ASU-340の使われ方]

これらの個所では,たびたびはめ合い不足(はめ合い箇所が最後まで挿入されていない)が発覚しており,その原因が板間39.5[mm]を40[mm]スペーサで結合するため,左右0.25[mm]ずつ埋め込み加工(ポケット加工)している箇所で切削時にZ精度が出ていないことだと考えられる.

そのため,ポケット加工のZ精度が出ているか調査する.

また,現在使われているASU-340と比べ高価であるが,長さ39.5[mm]の六角スペーサSLSBF6-39.5-M3-N3がある.切削精度を出すかポケット加工を不要とする既製品に切り替えるか検討する.

GankenKunの保管方法が妥当か検討する

citbrains_humanoid #1392より引継ぎ。
先日新たに製作した167の付け根ロール部分のフレームが既に歪んでいる。まだ殆ど歩行等もさせていない機体なので現段階で歪んでいるという事は現在のフィールド横にしゃがませる保管方法が不適切である可能性がある。
保管方法の妥当性を検討し、もしも不適切だと判断された場合は新たな保管場所を作成する。

Ver4.0部品表の作成

現状167機 製作時の部品表があるが,この整備において大きく改変される.
そのため,購入物品表も兼ねた部品表を再作成する.

低頭 六角穴付きボルト使用箇所の調査

現在の機体では大きく分けて 六角穴付きボルト,低頭 六角穴付きボルト,十字なべねじの3種類が使用されている.
十字なべねじについては低頭 六角穴付きボルトに統一する.

そのために,低頭 六角穴付きボルト,十字なべねじの使用箇所ごとにねじの呼び径M,長さL[mm],頭部厚[mm]を調査する必要がある.

足首 独立ピッチの再設計

163機 整備において,a2017切削部品の足首_独立ピッチ_1_1足首_独立ピッチ_1_2に歪みが見られた.

GankenKun163機 整備記録 #2 Comment

この歪みは,設計段階で強度が足りていないことが原因と考えられる.また,リンク部分の足首_スペーサ_1_1は摩耗しているため,ベアリング内に挿入する部材,設計については見直す必要がある.

よって,上記で記載した3つの部品を再度設計する必要がある.

[図 足首_独立ピッチ_1_1]

[図 足首_独立ピッチ_1_2]

[図 足首_スペーサ_1_1]

脚ロール軸 ベアリング回りの再設計

付け根×2か所,足首×1か所のベアリング(F694ZZ)を用いた脚ロール軸の再設計.
ベアリング内に挿入するPOM 付け根_スペーサ_1_2,POM 付け根_サブフレーム_1_4の摩耗がある.
ベアリング内にPOMを挿入する設計の見直しが必要である.

既製品の追加工調査/改善

既製品について追加工が必要なものがある.
既製品を追加工することは,手作業のため精度や労力が問題である.

このissueでは,追加工が必要な既製品,追加工内容,数量,使用箇所を調査する.

さらにここで調査にあがった既製品で追加工が必要になものについては,追加工が必要ない既製品,または既製品にあった設計に変更する必要がある.

股ロール軸の剛性が低いことに対する対策

引継ぎ

Author
yasuohayashibara commented on 18 Mar
股ロール軸の剛性が低いロボットがあり,あまり歩行が安定していない要素が見られた.
剛性が低い原因を探って対処することが必要と考えます.
経年劣化や組立手順の情報共有不足により生じる問題であるため,情報を共有しながら,改善点を議論したいと思います.


Author
yasuohayashibara commented on 18 Mar
歩行が不安定であった164を直立状態にして足先に横方向に力を加えて股ロール周辺の変位を確認した動画です.

https://youtu.be/KxXFHyKPHug

股ロール関節軸が変位するのに加えて,一直線になるはずの股下の部品が力を加えると,だいぶずれることが分かります.
つまり機構の剛性が低いことを示しています.

これが許容範囲なのかどうかに関しては,今まであまり議論してきていませんが,少なくともガチガチに固い場合は歩行は素晴らしく安定します.

以下,カメラで荒く計測したものですが,本来変形してはいけない部分が変形して,股間で6度ほど変位しています.
この間はモータは入っていませんので,純粋に機構の変形です.

力を加えていない状態
image

力を加えた状態
image


Author
yasuohayashibara commented on 18 Mar
以下のissueで議論しています.

https://github.com/citbrains/citbrains_humanoid/issues/1140
https://github.com/citbrains/citbrains_humanoid/issues/1141

GankenKun 全機体 回路の再設計

GankenKunに使用されている回路は,各機体においてバージョンが異なり,それぞれの回路において残っている情報が少ない.
全機体おいて共通化するため,現状の回路で問題があるため,最新バージョンでの統一化ではなく回路の再設計を行う.

GankenKun 全機体 膝軸 負荷問題

GankenKun 全機体の膝軸において,GankenKun 整備 全機体共通 報告/記録 #4 Commentで報告した通り,スペーサ長が短くベアリングに負荷をかけている.

また,POM製の膝同軸スペーサ1_5はT8 POM板をT7.5に面だし後,ベアリングのフランジ部分を埋めるためにポケット加工をしているが,切削精度が出ていないことが多く,軸の回転に負荷をかけている.そのため,既製品に変更したいと考える.
既製品案として,CZ-507.5Bを挙げる.
POMの長所は,

疲労しにくい、クリープが低い、寸法安定性、剛性、耐摩耗性、電気絶縁性良好

CZ-507.5Bの材質であるPBTの長所は,

摺動特性(摩擦、磨耗)、耐衝撃性、電気絶縁性

引用:樹脂の特徴と用途
であり,摺動特性があり変更したいと考える.
欠点として,現状の膝同軸スペーサ1_5は直径13mmであるが,CZ-507.5Bは8mmであるところだ.これにより歩行に影響が出る可能性がある.

現状,スペーサはSETF5-63.5-M3-N3を使用しているため,長さLが0.5mm刻みのみしか販売されていない.そのため,回転軸 両端段付 両端めねじタイプの使用を検討したい.

この回転軸 両端段付 両端めねじタイプはスパナ溝付の物があり,丸形スペーサーでネジザウルスなどを用いてスペーサを挟み,ネジ締めを行っていた問題も解決できる.

[図 現状の膝]

[図 回転軸 両端段付 両端めねじタイプ]

長穴減速ホーン バージョン違いによる減速比の差

162機に取り付けられている,ガラエポ 長穴減速_ホーン_1_2が左右でバージョンが異なっていた.

2枚の長穴減速_ホーン_1_2を比較すると,軸間距離が異なり実測で1[mm]違った.
167機のバージョンと比較すると,左脚の減速ホーンのバージョンが異なっていた.

長穴減速機構の減速比(算出方法:長穴減速を解く)が左右で異なっている状態であった.

メカニズムの設計時に気をつけてほしいこと

メカニズムの設計を進めてくれているようですので,設計時に気をつけてほしいことを書きます.
図面ができてから指摘されると手戻りがだいぶ発生すると思いますので,今のうちにお願いしておきます.

長穴減速機構の再設計

長穴減速機構は,inventorによる設計と実機で仕様が異なっているため,全機体調査しCAD図を更新する必要がある.

実機では,ブッシュD6068-4530が加工して使われているため,使用する既製品の再選定,またこの部品は消耗が激しくメンテナンスのたびに交換されているため設計を見直す必要がある.

[図 長穴減速機構]

RearBumperの再設計

コックピットの再開発に伴い,コックピットの長さが変わる.
そのため,新しいコックピットに合ったバンパーに再設計する必要がある.

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