石井英男のロボットキットレビュー
近藤科学「KHR-3HV」ハードウェア組み立て編(その1)

～3年の沈黙を破って登場したKHRシリーズ最新モデル
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近藤科学「KHR-3HV」

　近藤科学のKHRシリーズは、二足歩行ロボットキットの代名詞的な製品であり、2004年6月に登場した初代「KHR-1」、2006年6月に登場した二代目「KHR-2HV」、2006年12月に登場した旋回軸追加上位モデル「KHR-1HV」と、進化を続けてきた。KHR-2HV登場から3年後の2009年6月、待望の新モデル「KHR-3HV」が発表された。KHR-3HVの特徴については、発表会レポートを参考にして欲しいが、新設計のシリアルサーボや新型コントロールボードの採用など、中身は大きく進化しており、まさに新世代の二足歩行ロボットキットと呼ぶにふさわしい製品だ。

　KHR-3HVは当初7月末発売とアナウンスされていたが、2週間ほど前倒しになり、7月17日に出荷開始され、翌18日に店頭での販売がスタートした。売れ行きも上々のようで、筆者の友人でも、ロボットサッカーに興味を持ち、初めてのロボットとしてKHR-3HVを購入した人がいる。KHR-3HVは、これまでのKHRシリーズと比べて、多くの点が進化しており、耐久性や作りやすさも向上しているので、二足歩行ロボットを初めて組み立てるという人にもお勧めできる。

　そこで今回から数回にわたって、KHR-3HVをレビューしていきたい。

●外箱が大型化し、KHR-3HVを中に収納できるようになった

　KHR-3HVは、下の写真のような外箱に入って販売されている。外箱のサイズをKHR-2HVと比べると、高さはKHR-2HVのほうが高いが、幅や厚さはKHR-3HVのほうが大きい。特に、外箱の厚さは2倍くらいになっているが、中央に取っ手が付いているので、持ち運びやすい。KHR-2HVの場合、外箱が薄いため、中に完成したロボットを入れることはできなかったが、KHR-3HVでは外箱が厚くなり、完成したKHR-3HVを中に収納して持ち運べるようになった。

KHR-3HVの外箱。かなり分厚くなったが、取っ手がついたのは嬉しいKHR-2HVの外箱との比較。左がKHR-3HV、右がKHR-2HV。箱の高さはKHR-2HVのほうが高いKHR-2HVの外箱との比較。上がKHR-3HV、下がKHR-2HV。KHR-3HVは、外箱の厚さが2倍くらいになっている

●まずは組立説明書の印刷とバッテリの充電から

　KHR-3HVの組み立ては、説明書に従って、ネジを締めたり、ケーブルを接続するといった簡単な作業を行なうだけで完了する。組み立てに必要な工具は、#0と#1のプラスドライバー、4mmのボックスレンチ、ハサミ、ヤスリ程度で、特別な工具は不要だ。また、ネジロック剤(中強度)も用意しておくと、ロボットを動かしているうちにネジやネットが緩んでくることを防げる。そのほか、Windows XP SP2以降またはVistaが動作するパソコンも必要だ。モーション作成ソフトやドキュメント類は、付属CD-ROMに収録されているので、インストール時のみ光学ドライブが必要になる。

　KHR-3HVの組立説明書は、PDF形式で付属CD-ROMのManualフォルダに収録されているので、組み立てを始める前にすべて印刷しておくことをお勧めする。ただし、初期ロットの付属CD-ROMに収録されている組立説明書は、いくつかの間違いがあり、近藤科学のWebサイトでは、修正版(Ver 1.1)の組立説明書が公開されている。もちろん、パソコンを見ながら組み立てられなくはないが、紙に印刷したほうが見やすく、離れたページも同時に確認できるので、効率よく組み立てられ、ミスも防げる。

　組立説明書を印刷したら、P.10～12の部品一覧を見ながら部品がすべて揃っているかチェックしておこう。KHR-1の組立説明書は、初心者にはややわかりにくいところがあったが、KHR-2HVでかなり改善され、わかりやすくなった。KHR-3HVの組立説明書も、KHR-2HVのものをほぼ踏襲しているが、用語やネジの正しい締め方などの解説も増え、さらに親切になっている。初めて二足歩行ロボットを組み立てるという人でも、組立説明書を見ながらあわてずに作業を行なえば、きちんと組み立てられるだろう。

　KHRシリーズでは、組み立てを開始する前に、バッテリの充電を行なう必要がある。これは、サーボモーターの原点設定(ニュートラル位置出し)を行なう際に、バッテリからコントロールボードに電源を供給してやる必要があるためだ。KHR-1やKHR-2HV/1HVでは、付属の充電器が急速充電非対応であり、バッテリをフル充電するには一晩くらいかかっていたのだが、KHR-3HVでは急速充電対応の充電器が付属しており、約1時間でバッテリをフル充電できるようになったのは嬉しい。KHR-1やKHR-2HV/1HVの場合、組み立てたあとでも、付属の充電器は事実上使い物にならず、急速充電器や安定化電源を別途購入する必要があったが、KHR-3HV付属の充電器は放電機能も備えているので、バッテリのコンディションを保つことができ、別途急速充電器を購入する必要はなくなった。

　また、ネジの種類が11種類もあり、太さが同じで長さだけが違うものなど、紛らわしいものが多いので、間違えないように注意しよう。小さな仕切りのついた収納ボックスなどを使って、ネジを種類ごとに整理しておくと間違えにくい。KHR-3HVでは、タッピングビスが多用されているが、タッピングビスは強く締めすぎると、ネジ山がつぶれてしまいやすいので、気をつけたい。

KHR-3HVのパーツ一式。パーツは2段重ねになって入っているので、取り出し忘れに注意しよう新型のシリアル対応サーボモーター「KRS-2552HV」を採用サーボモーターのボトム軸(反対軸)側。コネクタが2つ用意されているので、デイジーチェーンが可能
KHR-3HVには全部で17個のサーボモーターが使われており、それぞれID番号が割り当てられている。ID番号のシールは剥がさないようにすることサーボモーターと外形サイズが同じ「ダミーサーボ2500A」。ダミーサーボを使うことで、後から自由度を追加しても、外形が変わらずにすむKRS-2552HV(左)とダミーサーボ2500A(右)の比較。出力軸まで含めたサイズと外形が同じになっている
KHR-3HVは、バッテリとして10.8V/800mAhのニッケル水素電池を採用する。バッテリはKHR-1HVと同じだ付属の充電器。従来のKHRシリーズ付属の充電器は、急速充電に対応していなかったので、バッテリの充電に一晩くらいかかっていたが、KHR-3HVの充電器は急速充電対応で、約1時間で充電が可能。さらに放電機能も備えている充電器の出力端子とバッテリコネクタを接続する
充電中は、LEDが赤色に点灯する。充電が完了したら、LEDの色は緑色に変わる付属CD-ROMには、モーション作成ソフトウェアの「HeartToHeart4」やそのマニュアル、組立説明書、USBアダプタのドライバなどが収録されているKHR-3HVのパーツ。樹脂パーツやネジ類は、ビニールの小袋(パーツバッグ)に分けて入れられており、AからXまでのシールが貼られている。これはAからEまでのパーツ
GからKまでのパーツ。アームサポーターやハンドパーツ、ケーブルガイド、ヘッドパーツなどパーツバッグLとM、接続ケーブル類、パーツバッグMには、シリアルUSBアダプタHSやHV電源スイッチハーネスなどが入っているパーツバッグNからXまではすべてネジ類である。ネジは全部で11種類あり、紛らわしいものが多いので、注意すること。特にタッピングビスと通常のビスを混同しないように
KHR-3HVの頭脳ともいうべき、コントロールボードの「RCB-4HV」

●HeartToHeart4とシリアルUSBアダプタのドライバをインストールする

　バッテリの充電が終わったら、サーボモーターの原点設定を行なうが、その前にモーション作成ソフトの「HeartToHeart4」と付属のシリアルUSBアダプタHSのドライバをパソコンにインストールしておく必要がある。HeartToHeart4は、Windows XPとVistaに対応しており、付属CD-ROMを光学ドライブに入れれば、自動的にセットアップウィザードが起動するので、ウィザードにしたがってインストールを行なえばよい。

　シリアルUSBアダプタHSを利用するには、USBバスドライバとポートドライバの2つのドライバをインストールする必要がある。KHR-2HVなどで、シリアルUSBアダプタを使っていた人は、USBフォルダ内のKO_Driver_2009フォルダにあるアンインストールツール「FTClean.exe」を利用して、古いドライバを削除しないと、新しいドライバがうまくインストールされない。Vistaの場合、FTClean.exeは管理者として実行する必要がある。ドライバが正しくインストールされると、デバイスマネージャのポートの項目とユニバーサルシリアルバスコントローラの項目に「SERIAL USB ADAPTER HS」と表示される。ポートの項目には、COMポートの番号も表示されるが、COMポートの番号はあとで必要になるので、覚えておくこと。

付属CD-ROMを光学ドライブに入れると、自動的にセットアップウィザードが起動する付属CD-ROMのフォルダ構成
シリアルUSBアダプタHSをパソコンのUSBポートに差し込むと、新しいハードウェアの検出画面が表示されるドライバが正しくインストールされると、デバイスマネージャのポートの項目とユニバーサルシリアルバスコントローラの項目に「SERIAL USB ADAPTER HS」と表示される。ポートの項目には、COMポートの番号も表示されるので、確認しておくこと(この場合はCOM4)

●サーボモーターの原点設定を行なう

　HeartToHeart4とドライバのインストールが完了したら、サーボモーターの原点設定を行なう。KHR-3HVに使われているKRS-2552HVは、270度という広い動作角度を持つが、正しく原点をあわせてから組み立てないと、ホームポジションがずれてしまい、可動範囲が狭くなってしまう。原点設定の手順だが、まず、コントロールユニットの仮組み立てを行ない、パソコンとRCB-4HVをシリアルUSBアダプタHS経由で接続する。次に、充電したバッテリを電源スイッチハーネスに接続し、原点設定を行なうサーボモーターを接続して、電源スイッチをオンにし、HeartToHeart4を起動する。

　HeartToHeart4を起動したら、「ファイル」→「新規作成」→「プロジェクト」の順でクリックし、新規プロジェクトを開く。プロジェクト名は「ニュートラル設定」にし、プロジェクトの参照ボタンをクリックして、「Program Files\HeartToHeart4\Projects\ニュートラル設定」を選び、「OK」をクリックする。なお、ここは既存プロジェクトの設定をインポート(読み込む)するために、フォルダを参照するのだが、フォルダの参照ウィンドウの説明が「プロジェクトを保存するフォルダーを選択」のままになっているので、わかりにくい。ここは、「プロジェクトをインポートするフォルダーを選択」という表記にするべきだ。

　以下、組立説明書にしたがって、原点設定を行なえばよいが、従来のPWM方式サーボモーターとは異なり、サーボモーターごとにID番号が割り当てられているので、サーボモーターを繋ぎかえるたびに、RCB-4HVの電源のオンオフを行ない、調整したいサーボモーターをサーボモーターの初期設定欄から選ぶ必要があるので注意したい。例えば、赤色のID1のサーボモーターを接続しているのに、ID0が選ばれているままでは、サーボモーターは動かない。また、RCB-4HVは、2系統のSIOポートを備えており、左半身のサーボモーターと右半身のサーボモーターで系統が分けられている。SIO端子は1～8まであるが、SIO1～SIO4とSIO5～SIO8が、それぞれ同じ系統になっている(つまりSIO1～SIO4は全く同じ信号が出力される)。赤色と黄色のID番号シールが貼られているサーボモーター(左半身用)は、SIO1に接続して原点設定を行ない、青色と緑色のID番号シールが貼られているサーボモーター(右半身用)はSIO5に接続して原点設定を行なうので、そちらも間違えないように注意しよう。

　なお、組立説明書の修正版(Ver 1.1)では、P.24の画面キャプチャのKHR-3HVのイラストの右半身(画面では向かって左側になるが)のID番号の色が、青色と緑色になっているが、HeartToHeart4 Ver1.0.0のプロジェクト設定画面では、赤色と黄色で表示される。これは、組立説明書のほうが正しいので、イラストはあまり気にせずに、組立説明書にしたがって原点設定を行なえばよい。

　原点設定は、17個のサーボモーターすべてで行なう必要がある。

コントロールユニットの組み立てに必要なパーツ2-5低頭タッピングビス2本で、RCB-4HVをPCベースBに仮留めし、電源スイッチハーネスを電源端子に差し込む原点設定に必要なシリアルUSBアダプタHSとシリアル延長ケーブル
KHR-3HVでは、全部で7種類の接続ケーブルが使われている。接続ケーブルは、両端が白い小さなコネクタ(ZHコネクタ)になっているものと、片方が黒いサーボコネクタになっているものに大別できるRCB-4HVのSIO1とSIO5に、ZH接続ケーブルB450mmを接続し、COMポートにシリアルUSBアダプタHSからのケーブルを接続する。それぞれコネクタの出っ張りが基板の内側にくるように差し込むこと。ZH接続ケーブルの場合は、灰色の線が内側にくるように、シリアルUSBアダプタHSからのケーブルの場合は、白色の線が内側にくるように差し込めばよいバッテリを電源スイッチハーネスに接続し、原点設定を行なうサーボモーターを接続して、HeartToHeart4を起動する
HeartToHeart4を起動したら、「ファイル」→「新規作成」→「プロジェクト」の順でクリックする新規プロジェクト名を「ニュートラル設定」にし、「プロジェクトをインポート」の右側にある参照ボタンをクリックするプロジェクトの参照先として、「Program Files\HeartToHeart4\Projects\ニュートラル設定」を選び、「OK」をクリックする
COMの右側をクリックして、先ほど調べたCOMポート番号を指定するウィンドウの右側にあるスパナの形のプロジェクト設定アイコンをクリックするプロジェクト設定画面が表示される。実は組立説明書の修正版(Ver1.1)のP.24の画面キャプチャでは、KHR-3HVのイラストのID番号の色が、実際の画面と異なるのだが、修正版のほうが正しく、HeartToHeart4のVer1.0.0のほうが間違っている。ただし、組立説明書にしたがって原点作業を行なえば、特に問題はない
ICS通信速度が「115200」になっていることを確認して、「RAM」ボタンをクリックすると、プロジェクト標準値がRCB-4HVに転送され、サーボモーターが動作可能になる原点設定を行ないたいサーボモーターを、左側のサーボモーターの初期設定欄から選び、「Sync」ボタンをクリックする「Sync」ボタンが押された状態で、ポジションのスライドバーを動かし、サーボモーターの出力軸が動くことを確認する。動作確認ができたら、スライドバー横の数値欄をダブルクリックして、原点の7500に戻し、電源スイッチをオフにする
【動画】ポジションのスライドバーを動かすと、サーボモーターの出力軸が動くサーボモーターの動作中は、ボトム軸側のLEDが点灯する

●腰ユニットの組み立て

　サーボモーターの原点設定が完了したら、いよいよ組み立て作業に入る。KHR-2HVでは、足裏から上に組み立てていったが、KHR-3HVでは、腰ユニットや肩ユニットから組み立てていくことになる。組立説明書には、行程ごとに必要なパーツが箇条書きで書かれているので、そのパーツを用意すればいいのだが、パーツ名だけが並んでいるのが残念だ。せっかくパーツの小袋(パーツバッグ)にアルファベットのシールが貼られているのだから、そのアルファベットも一緒に書いておいてほしかったところだ。例えば、アームサポーター2500Aは、パーツバッグGに入っているのだが、組立説明書には単にアームサポーター2500Aとしか書かれていない。ここは、アームサポーター2500A(パーツバッグG)と書かれていれば、パーツを探しやすくなり、組み立てミスも減らせるだろう。

　腰ユニットの組み立てでは、まず、ダミーサーボにアームサポーター2500Aを取り付けたものを3セット作り、次にそれらを組み合わせるのだが、その向きもちょっとわかりにくい。組立説明書には、「前後の向きによく注意して下さい」と書かれており、平面図もあるのだが、この図は真下から見た図になっていることに注意してほしい。何も考えずに組み立てると、中央とその両側を互い違いに取り付けてしまいがちだが、3つとも出力軸を同じ側に揃えるのが正解だ。実は筆者も一度間違えて組み立ててしまい、その後の行程で気づいてやり直した。下の写真が正しい組み立て方なので、参考にしてほしい。

腰ユニットの組み立てに必要なパーツまず、ダミーサーボの出力側にアームサポーター2500Aをはめ込み、2-5低頭タッピングビス4本で固定する同様にして、同じものを3セット組み立てる
組み立てた3つのうち、1つを上下を逆さまにし、残りの2つで挟みこむようにして、両側から2-5低頭タッピングビスで固定する。前後の向きは出力軸側のダミーホーンが揃うようにすること一つに合体させたものの裏側はこうなるオフセットアームLaとオフセットアームRaを、2-5低頭タッピングビスと3-6フラットヘッドビスで取り付ける。オフセットアームは左右の区別があるので、間違えないように注意しよう
反対側に、ボディベースを2-5低頭タッピングビスと3-6フラットヘッドビスで取り付ける完成した腰ユニット

●胸ユニットの組み立て

　次は、胸ユニットの組み立てだ。ここからサーボモーターを組み込んでいくが、ID番号とその色をしっかりチェックしておこう。ID番号を間違えると、サンプルモーションなどが正しく動かなくなってしまう。また、接続するケーブルの種類やその引き出し方にも気をつけたい。ショルダーフレームは左右で区別があるので、こちらも間違えないように。

胸ユニットの組み立てに必要なパーツ。サーボモーターは、赤色のID0とID1、青色のID1を使うので、間違えないようにすることまず、3個のサーボモーターのサーボケースビスをすべて外す。ZH接続ケーブルA200mmをアームサポーターに通して、アームサポーターを赤色のID1のサーボモーターに2-5低頭タッピングビス4本で固定する。ケーブルは向かって右側に出すようにする同様にして、青色のID1のサーボモーターにもアームサポーターを固定する。こちらはケーブルを向かって左側に出すようにする(写真左が青色のID1)
赤色のID1のサーボモーターのボトム軸側にショルダーフレームLをはめ込み、先ほど取り外したサーボケースビスで固定する同様にして青色のID1のサーボモーターのボトム軸側にショルダーフレームRをはめ込み、サーボケースビスで固定する(写真右が青色のID1)ケーブルをサーボモーターのコネクタに接続する。コネクタの位置を間違えないようにすること
赤色のID1のサーボモーターの空いているコネクタと赤色のID0のサーボモーターを、ZH接続ケーブルA50mmで接続し、赤色のID0のサーボモーターのもう一つのコネクタにZH接続ケーブルB100mmを差し込むZH接続ケーブルB100mmに赤色のSIO1のデカールを貼る青色のID1のサーボモーターの空いているコネクタにZH接続ケーブルB100mmを差し込み、青色のSIO5のデカールを貼る
肩ユニットRと肩ユニットLを合体させて、出力軸側からは2-5低頭タッピングビス、ボトム軸側からはサーボケースビスを利用して固定する。デカールを貼ったケーブルが、この写真のように中央のサーボモーターの横から出るようにすること出力軸側はこうなるボディフレームBにバッテリ押さえスポンジを貼りつける。ボディフレームBのネジ穴とスポンジの穴を合わせて貼りつける
ボディフレームBを肩ユニットに取り付け、2-5低頭タッピングビスとM2-4低頭ビスで固定する。このときデカールを貼ったケーブルが中央から出るようにすること反対側にボディフレームFを取り付け、2-5低頭タッピングビスとM2-4低頭ビスで固定する

●サーボアームの組み立て

　今度は、肩や足首、太腿に使うサーボアームを組み立てる。サーボアームは、ジョイントベース2500Aにボトムアーム2500Aをはめ込み、2.6-10BHタッピングビスで固定することで、作成できる。KHR-2HVでも、樹脂製アームが使われていたが、ベースとアームのかみ合わせがきつく、はめ込むにはかなりの力が必要だった。だがKHR-3HVのジョイントベース2500Aとボトムアーム2500Aはあまり力を入れなくてもはめ込めるようになったのは嬉しい。アームの交換もより素早くできるので、メンテナンス時にも便利だ。

サーボアーム(肩)の組み立てに必要なパーツジョイントベース2500Aにボトムアーム2500Aをはめ込む。KHR-2HVの樹脂製アームに比べると、はめ込む力がかなり小さくてすむようになったアームの接続部分を2.6-10BHタッピングビスで固定する
同様にして、同じものをもう一つ組み立てるジョイントベース2500Aに小径ホーンを取り付け、M2-6BHビスで固定する。ホーンの角度に注意することもう一つのジョイントベース2500Aにも小径ホーンを取り付ける。こちらはホーンの角度が左右対称になるようにする
サーボアーム(足首・太腿)の組み立てに必要なパーツさきほどと同じように、ジョイントベース2500Aにボトムアーム2500Aをはめ込み、2.6-10BHタッピングビスで固定する同じものを4つ組み立てる

●エルボーユニットの組み立て

　続いて、肩から肘の部分となるエルボーユニットを組み立てる。エルボージョイントAの向きさえ注意すれば、特に戸惑うようなことはないだろう。

エルボーユニットLの組み立てに必要なパーツダミーサーボにアームサポーター2500Aをはめ込み、2-5低頭タッピングビスで固定するアームサポーターの上からサーボブラケットAを2-5低頭タッピングビスと3-6フラットヘッドビスで固定する
反対側にエルボージョイントAを取り付け、2-5低頭タッピングビスで固定する。エルボージョイントAの向きに注意横から見たところ。エルボージョイントAはこのように取り付ければよい赤色のID2のサーボモーターのサーボケースビスを下側2本だけ外して、サーボモーターをエルボージョイントAの上に取り付け、2-5低頭タッピングビスとサーボケースビスで固定する
赤色のID4のサーボモーターのサーボケースビスをボトム軸側から見て右側2本のみ外して、サーボモーターをサーボブラケットAに取り付け、2-5低頭タッピングビスとサーボケースビスで固定するサーボモーターの取り付け方向はこうなるのが正しいエルボーユニットRの組み立てに必要なパーツ
エルボーユニットLと同様にして、エルボーユニットRを組み立てる(写真右がエルボーユニットR)

●アームユニットの組み立て

　さらに、肘から先の部分となるアームユニットを組み立てる。アームユニットの組み立てに必要なパーツは、組立説明書のP.38に書かれている。説明書ではジョイントベース2500Aとボトムアーム2500Aがダブって書かれており、合計4個ずつ必要なように読めるが、実際は2個ずつしか使わない。ハンドベースBを取り付けるまでは、左右で変わらないが、最後にナックルBとサムBで挟み込む際に、左右でサムBの向きを変える必要がある。

　今回紹介する組み立て行程はここまでだ。次回は、レッグユニットやソールを組み立て、各ユニットを取り付けて、配線と全体の組み立てを行ない、KHR-3HVを完成させるまでの手順を解説する。

アームユニットの組み立てに必要なパーツ。なお、実際にはジョイントベース2500Aとボトムアーム2500Aは2個ずつしか使わない(組立説明書ではダブって記述されているので、4個ずつ必要なように読める)ジョイントベース2500Aにボトムアーム2500Aをはめ込み、2.6-10BHタッピングビスで固定し、ダミーサーボを取り付け、2-8低頭タッピングビスで固定する。タッピングビスの長さとダミーサーボの方向に注意同様にして、同じものをもう一つ組み立てる
ダミーサーボにハンドベースBを取り付け、2-8低頭タッピングビスで固定する。ハンドベースを取り付ける向きに注意ハンドベースBをナックルBとサムBで挟み込み、2-8低頭タッピングビスで固定するもう一つのほうも、同様にしてハンドベースを取り付け、ナックルBとサムBで挟み込んで固定する。サムBの向きは、さきほどとは逆にすること

2009/7/31 19:23

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