腕の動きと連動するロボットアームの開発

企画概要

参加者が4人グループになり，1体の4本のロボットアームが取り付けられたSyn体（下図）を操作する。4人はそれぞれ1本のアームを担当し，腕を動かすことで操作する。

システム構成

腕のセンサの情報を取得するマイコン，Syn体に取り付けるロボットアーム，それらの情報を管理し適切に送信するサーバの3構成になっている。

マイコンは安価でWi-Fiモジュールを搭載したESP32，センサはLSM9DS1，サーボモータはFS5115M，サーバはProcessingを使用した。

センサとマイコン

腕の動き（腕の姿勢）を推定するためのセンサーとして9軸（加速度，ジャイロ，地磁気）センサーを用いた。その情報をマイコンで処理し，腕の姿勢を表すクォータニオンをサーバに送信する。2つのセンサを用い，センサ0で肘関節による姿勢を，センサ1で肩関節による姿勢を推定する。

ロボットアームとマイコン

サーバから関節の角度情報をマイコンで受け取り，4つのサーボモータにより再現。左右を X 軸，上下を Y 軸，奥行きを Z 軸としたとき肩関節による腕の Y 軸回転を Swing，X 軸回転を Raise，Z 軸回転を Roll，肘関節 の動きを Bend とし，上記のモータが対応する。

サーバ

通信規格

人間とSyn体の自由度を確保するため，ワイヤレス通信を行う。また，腕とロボットアームの連動には連続的で高速な通信が必要である上，通信が途切れた際の保守性の高さからUDP通信を使用するOSC（OpenSoundControl）という通信規格を採用した。IPアドレス，ポートを指定することで通信をおこなうことができる。

データの加工

センサーから取得したデータから推定された腕の姿勢を示すクォータニオンを受け取る。クォータニオンのデータをモータを操作しやすいオイラー角に変換し，サーボを制御するマイコンに送信。