Skip to main content

StackForce Giant Bipedal Wheeled Robot 開発ガイド

tip

このガイドは、プロフェッショナルな開発者と研究者向けに設計されており、基本的なセットアップから高度なアプリケーション開発まで完全なソリューションを提供します。初心者の方は、Mini バージョンから始めることをお勧めします。

📋 目次​

製品概要​

製品ポジショニング​

StackForce Giant Bipedal Wheeled Robot は、StackForce 軽量ロボット開発プラットフォーム上に構築されたプロフェッショナルグレードのホイール脚ロボットシステムです。Mini バージョンと比較して、フルバージョンはハードウェア構成、ソフトウェア機能、拡張機能において大幅な改善があり、プロフェッショナル開発、学術研究、商用アプリケーション向けに特別に設計されています。

コア技術アーキテクチャ​

デュアルチップ協調制御システム​

  • S1 メインコントロールチップ: モーター制御、FOC アルゴリズム実行、モーション制御を担当
  • S3 コプロセッサチップ: サーボ制御、センサー融合、無線通信を担当

全方向運動学モデル​

  • クォータニオンベースの姿勢計算アルゴリズム
  • リアルタイム逆運動学解法

インテリジェントバランスアルゴリズム​

  • 適応型 PID 制御
  • 動的重心調整
  • 複雑地形適応安定化

BOM 部品表​

大型ホイール脚構造部品表​

項目名数量備考
電子部品
StackForce メインコントロールボード1
StackForce 高電流ボード A1
StackForce 高電流ボード B1
StackForce サーボボード1
StackForce CAN ボード1
StackForce IO 拡張ボード1
StackForce ホールボード1
カーボンファイバー構造部品
サイドパネル25mm 厚
サイドパネルベースフレーム23mm 厚
フロントガイド45mm 厚
バッフル23mm 厚
PLA 3D プリント部品
上脚4
下脚4
前面/背面パネル4
前面/背面パネルコネクタ4
バッフルコネクタ4
メインコントロールベース1
モーターカバー4
カバープレート V12
カバープレート V22
バッテリーコンパートメント1
バッテリーカバー1
CNC 加工部品
脚コネクタ 302
脚コネクタ 402
アルミプロファイル
4030100 1mm 厚4穴あけ加工が必要
6020320mm 1mm 厚2穴あけ加工が必要
ファスナー
M2*101丸頭黒
M3*84丸頭
M3*832黒、六角穴付き
M3*1012黒、六角穴付き
M3*1416黒、六角穴付き
M3*2012黒、六角穴付き
M3*2524黒、六角穴付き
M3*4016黒、六角穴付き
M3*458黒、六角穴付き
M3*508黒、六角穴付き
M3*508黒、皿頭
M4*3044黒、六角穴付き
M4*302黒丸頭
銅柱22M3*8+4
セットスクリュー410M830
M3 ナット10黒
M3 ロックナット54黒
M4 ロックナット20黒
M6 ロックナット4
M8 ロックナット4
外ねじベアリング49C2L15M6
F6000ZZ ベアリング810268
モーター
ハブモーター 5.5 インチ 24v2
GIM6010-8-標準バージョン4

コア機能​

1. 🚀 高性能ハードウェアプラットフォーム​

メインコントロールシステム​

  • デュアルチップアーキテクチャ: S1 + S3 協調処理
  • リアルタイム性能: マイクロ秒レベルの応答時間
  • 拡張インターフェース: 豊富な I2C、SPI、PWM インターフェース

モーション制御システム​

  • FOC ベクトル制御: 精密トルク制御

2. 🧠 インテリジェント知覚システム​

センサー構成​

  • 高精度 IMU: 9 軸センサー融合
  • 磁気エンコーダー: 14 ビット精度位置フィードバック

3. 🌐 強力な通信機能​

無線通信​

  • WiFi 6: 高速データ伝送
  • Bluetooth 5.2: 低消費電力接続
  • カスタムプロトコル: リモートコントローラー接続用効率的通信プロトコルスタック

有線インターフェース​

  • USB Type-C: シリアルデバッグ
  • CAN Bus: モーター駆動

4. 🔧 柔軟な開発サポート​

開発ツールチェーン​

  • PlatformIO: プロフェッショナル組み込み開発環境
  • ROS/ROS2: Robot Operating System 互換性

オープンソースエコシステム​

  • 完全オープンソース: 制御コードはオープンソース
  • モジュラー設計: 機能拡張を促進

クイックスタート​

システム要件​

ハードウェア要件​

  • StackForce フルバージョンロボットキット
  • Ubuntu 20.04+ または Windows 10+ がインストールされたコンピューター
  • 最低 8GB RAM、100GB の利用可能ストレージ容量

ソフトウェア要件​

  • Visual Studio Code
  • PlatformIO IDE Extension

リモートコントロール操作ガイド​

1. 受信機配線​

下図は受信機の出力配線順序を示しています。次の 3 本のワイヤーのみが必要です：CH1/PPM、GND、VCC。

受信機の出力順序：CH1/PPM、GND、VCC

拡張ボードには 40 ピンがあり、GND と 3V3 が中央列にあります。下図に示すとおりです。

2. 受信機とリモートコントロール周波数ペアリング​

周波数ペアリングの前に、まずリモートコントロールの電源を切り、次に 10 秒以内に受信機の電源を 3 回オン/オフしてペアリングモードに入ります。受信機のインジケーターライトが点灯し、1 秒後に消灯します。

次に、リモートコントロールの有効スイッチを下に倒して信号送信を有効にし、リモートコントロールの左ジョイスティックを最下位置まで下に倒してから、リモートコントロールの電源を入れます。周波数ペアリングが成功します。周波数ペアリング成功後、受信機のインジケーターライトが消灯します。

3. リモートコントロール基本使用説明​

ジョイスティックとスイッチ機能​

コントローラー機能説明
有効ジョイスティックリモートコントロールが信号を送信するかどうかロボットを制御する前に倒す必要があります
左ジョイスティック（上/下）ロボットの高さを制御上で上昇、下で下降
左ジョイスティック（左/右）ロボット脚の両側の高さを制御ショルダースイング機能を有効にする必要があります
右ジョイスティック（上/下）ロボットの前進/後退移動を制御上で前進、下で後退
右ジョイスティック（左/右）ロボットの左/右旋回を制御左旋回、右旋回

左ジョイスティックと左ノブの使用​

  • 左ノブを時計回りに上まで回したとき: 左ジョイスティックを下に倒すとショルダースイング機能が有効になり、上に倒すと無効になります
  • 左ノブを反時計回りに下まで回したとき: 下に倒すとロボットがジャンプし、上に倒すとジャンプが無効になります

右ジョイスティックと右ノブ​

  • 右ジョイスティックには 3 つのポジションがあります:

    • 上位置: ハブモーター無効
    • 中位置: ハブモーター有効
    • 下位置: 自己安定化メカニズム作動

  • 右ノブ: バランス偏差調整

4. ロボット電源投入操作手順​

詳細操作プロセス​

  1. リモートコントロール準備

    • リモートコントロールの左ジョイスティックを最下位置に倒してから、リモートコントロールの電源を入れます
    • ロボットの脚が吊り下げられ、地面と平行になっていることを確認します
    • ロボットの脚は自然に垂れ下がり、キャリブレーション用にホイールの回転がスムーズであることを確認します

  2. ロボット電源投入

    • ロボットの電源スイッチを入れます
    • ハブモーターキャリブレーションの完了を待ちます

  3. メインコントロールボードリセット

    • 左ジョイスティックを最上位置まで倒して、メインコントロールボードの S3 チップをリセットします
    • キャリブレーション完了を待ちます

  4. 脚の収縮

    • 左ジョイスティックを最下位置まで倒してロボットの脚を収縮させます
    • ロボットを地面に置きます

  5. ハブモーター作動

    • 右ジョイスティックを中位置に倒してハブモーターを開始します
    • ロボットがバランスを保てない場合は、ロボットがバランスを保つまでリモートコントロールの右ノブを微調整します
warning

重要な注意事項:

  • リモートコントロールバッテリーを過放電させないでください
  • マルチメーターを使用してバッテリー電圧を測定できます
  • 通常の放電範囲は一般的に 25-21V です
  • 電圧が 21V を下回った場合は、速やかに充電してください
  • 上記の手順が理解できない場合は、技術スタッフに連絡してロボット電源投入操作ビデオを視聴してください！

システムデバッグガイド​

tip

このセクションでは、関節モーターボードの ID 番号をラベルとして説明に使用します。配線図に従って厳密に接続してください。

1. 配線ガイド​

tip

配線図 - 図に従って厳密に配線し、各接続が正しいことを確認してください

全体配線図

1. ハブモーター配線​

ハブモーター三相線とホール三相線の配線：

  • ハブモーター三相線の溶接順序（左から右へ）：緑、黄、青
  • エンコーダー線の順序（左から右へ）：黄、緑、青、黒、赤

詳細配線図：

Motor wiring detail image 1

図1：モーター三相線配線

Motor wiring detail image 2

図2：エンコーダー配線詳細

左右ハブモーター配線割り当て：

  • 左ハブモーター：
    • 三相線 → 高電流ボードB
    • ホールエンコーダー線 → ホールボードM0ポート

左右ホイール詳細配線方式：

Left hub motor wiring

左ハブモーター配線方式

Right hub motor wiring

右ハブモーター配線方式

2. S1ファームウェア書き込み​

書き込み前の準備​

warning

重要な注意事項 - USBケーブルの挿入方向が重要です。間違った挿入はデバイス損傷の原因となる可能性があります

  1. USBケーブルのtype-cヘッドを継ぎ目側を下向きにしてメイン制御ボードのtype-cインターフェースに挿入します
  2. メイン制御ボードのインジケーターライトを確認します：
    • メイン制御ボードが黄色に点灯している場合 → 正常、直接書き込み可能
    • メイン制御ボードが緑色に点灯している場合 → 隣の白いセルフロックボタンを押して黄色ライトに切り替えます
USB cable insertion direction diagram

⚠️ USBケーブルの挿入方向に注意

書き込み手順​

ステップ1：書き込みツールを開く

  1. flash_download_tool_3.9.2.exeツールをダブルクリックして開きます
  2. ツールが開いた後、ダイアログがポップアップするので、ESP32を選択します
Flashing tool startup interface

ステップ2：ファームウェアファイルを選択

  1. 最初の行の三点リーダー（📁アイコン）をクリックします
  2. ポップアップしたフォルダでtarget.binファイルを選択します
Firmware file selection interface

ステップ3：書き込みパラメータを設定

info

パラメータ設定チェックリスト - 書き込み成功を確保するため、以下のパラメータに従って設定してください

以下のパラメータを設定します：

  1. ✅ ファイルパスを選択（自動表示）
  2. ✅ 選択をチェック
  3. ✅ 書き込みアドレス：0x00
  4. ✅ クロック周波数：80MHz
  5. ✅ フラッシュモード：QIO
  6. ✅ シリアルポート選択：デバイスマネージャーでCH340対応ポートを確認
  7. ✅ ボーレート：921600
Flashing parameter configuration 1

📋 パラメータ設定ステップ1

Flashing parameter configuration 2

📋 パラメータ設定ステップ2

Flashing parameter configuration 3

📋 パラメータ設定ステップ3

ステップ4：書き込み結果を確認 書き込み成功後：

  1. ボードを組み立てて配線を接続します
  2. シリアルアシスタント（VOFA）を開いて対応するポートを選択します
  3. ロボットの電源を入れます：
    • まずリモコンの電源を入れます
    • リモコンの左ジョイスティックを上に倒します
    • 右上のレバーを上（L位置）に倒します
  4. S1チップのリセットボタンを押します（赤い枠で示された位置）
success

確認手順 - 書き込み完了後、以下の手順に従って確認してください

S1 chip reset button position

✅ S1チップリセットボタン位置

Serial debugging assistant interface

📊 シリアルデバッグアシスタントインターフェース

シリアル出力情報が下図のようになっていれば、ハブモーターの配線が正しく、S1ファームウェアの書き込みが成功したことを意味します。

Flashing success verification information

🎉 書き込み成功！このメッセージが表示されれば全て正常です

3. 終端抵抗の確認​

関節モータードライバーボードID番号​

関節モータードライバーボードは出荷前にファームウェアが書き込まれており、CAN ID番号のラベルが貼られています：

関節位置CAN ID番号
左前関節モータードライバーボード0x04
右前関節モータードライバーボード0x03
左後関節モータードライバーボード0x02
右後関節モータードライバーボード0x01

接続と終端抵抗設定​

  1. XT30（2+2）ケーブル接続を使用：

    • 4つの関節モータードライバーボードを直列に接続します
    • 配線においてモータードライバーボードの1つだけの終端抵抗を開く必要があります
    • 他の3つは終端抵抗を開く必要はありません

  2. CANボード終端抵抗チェック：

    • CANボードの終端抵抗が開いているかどうかを確認します
    • マルチメーターの抵抗モードを使用してCANボードのHとL端子の抵抗を測定します
    • 正常な抵抗は約60Ωである必要があります

  3. トラブルシューティング：

    • 抵抗が正しくない場合、他の3つの関節モータードライバーボードの背面にある終端抵抗スイッチが閉じているかどうかを確認します
    • 終端抵抗が1つだけ開いた状態であることを確認します

4. ゼロ位置の校正​

ステップ1：コード設定の変更​

can.cppファイル内：

  1. 下にスクロールしてCAN_control()関数を見つけます
CAN_control function in can.cpp file

📝 can.cpp内の重要なコード位置

main.cppファイル内：

posInit function in main.cpp file

📝 main.cpp内の重要なコード位置

ステップ2：ハードウェア準備と書き込み​

  1. ロボット準備：

    • まず関節モーターの脚を自然に垂直下向きに垂らします
    • USBケーブルをメイン制御ボードに挿入します（type-cインターフェースの継ぎ目がある側を下、継ぎ目がない側を上にすることに注意）
    • 挿入後、メイン制御ボードS3シリアルポートが緑色ライトを点灯する必要があります
    • 黄色に点灯している場合は、メイン制御ボードの白いボタンを押してS3チップに切り替えます

  2. プログラム書き込み：

    • 変更したプログラムを書き込みます
Hardware preparation completed diagram

🔧 ハードウェア準備完了状態

  1. 電源投入テスト：

    • プログラム書き込み後、シリアルアシスタントを開きます
    • ロボットの電源を入れます（リモコンの右上レバーを上（L）に倒します）
    • S3チップをリセットします
    • シリアルポートで出力される関節モーターの初期角度がすべて0付近であることを確認します

  2. 角度データの確認：

    • ロボットの大きなアームの1つを振ります
    • どのデータが変化するかが、その大きなアーム位置の角度データに対応します
Serial output angle data verification

📊 シリアル出力 - 角度データ確認

ステップ3：ゼロ位置設定の完了​

main.cppファイル内：

main.cpp zero position setting completed

✅ main.cppゼロ位置設定完了

can.cppファイル内：

  1. posInit()をコメントアウトした後、can.cppファイルのCAN_Control()関数内のCANコマンド送信をコメント解除する必要があります
  2. 関節モーター電気角の出力をコメントアウトします
can.cpp final configuration

✅ can.cpp 最終設定完了

ステップ 4: 最終調整​

  1. プログラムを S3 チップに再フラッシュ
  2. 制御テスト:
    • ロボットの電源を入れる
    • 脚の高さジョイスティックを制御する
    • 脚の高さの変化が左ジョイスティックの制御に従うかを観察する
  3. 高さバランス調整:
    • ロボットを地面に置く
    • ロボットの脚を最小まで収縮させる
    • ロボット平面の両側の高さが一致しているかを観察する
    • 一致していない場合は、robot.cpp ファイルの leftY と rightY の値を調整する

高さバランス調整図:

Height adjustment before and after comparison 1

⚖️ 高さ調整図 - 調整前

Height adjustment before and after comparison 2

⚖️ 高さ調整図 - 調整後

5. PID パラメータ値のデバッグ​

デバッグ準備​

PID パラメータデバッグインターフェース:

PID parameter debugging step 1

🔧 PID デバッグ手順 - 関数コメント

PID parameter debugging step 2

🔧 PID デバッグ手順 - パラメータ出力

デバッグ手順​

3つの高さ値で PID パラメータをデバッグ:

高さ値対応位置パラメータ入力
0最低点pid0
100中点pid1
200最高点pid2

各 pid パラメータには以下が含まれます:

  • 速度ループ Kp
  • 直立ループ Kp
  • 直立ループ Kd
  • ロボット X 軸 Kp

デバッグプロセス​

  1. 各高さを個別にデバッグ:

    • 3つの異なる高さ値の PID パラメータ値を個別にデバッグする
    • 各高さでロボットがバランスを保てることを確認する

  2. パラメータ入力:

    • デバッグした3つの高さ値の PID パラメータを順番に PID 線形フィッティング関数に入力する
    • 最低点の PID パラメータ値を pid0 に入力する
    • 中点の PID パラメータ値を pid1 に入力する
    • 最高点の PID パラメータ値を pid2 に入力する

  3. 最終検証:

    • デバッグ完了後、PID 線形フィッティング関数のコメントアウトを解除する
    • プログラムを S3 プログラムにフラッシュする
    • ロボット電源投入手順に従ってロボットの電源を入れる
    • 地上で PID パラメータがロボットの動作バランスと操作要件を満たすことを検証する
tip

操作ビデオを参照する必要がある場合は、グループ内の技術スタッフに連絡してロボット電源投入操作ビデオを入手してください！

ハードウェア組み立て​

詳細組み立てガイド​

組み立て文書とビデオ​

📄 組み立て文書​
🔧 開発ツール​
💻 ファームウェアとプログラム​
📚 技術文書​
🗂️ 3D モデルと回路図​
🎥 ビデオチュートリアル​

詳細組み立て手順​

フェーズ 1: 機械フレームワーク構築​

  • ベース構造の組み立て
  • ホイール脚コンポーネントの取り付け
  • メインボディフレームワークの接続

フェーズ 2: 電子システム統合​

  • メイン制御システム（S1/S3 ボード）の取り付け
  • センサモジュールの設定
  • 通信インターフェースのセットアップ

フェーズ 3: システムデバッグ​

  • ハードウェア自己診断の実行
  • システム機能の検証

まとめ​

StackForce 巨大二足歩行ホイールロボットは、ホイール脚ロボット技術の最新開発レベルを表しています。私たちは開発者に最も強力なツールと最も包括的なサポートを提供し、ロボット技術の発展を共に推進することに取り組んでいます。

学生、研究者、エンジニアのいずれであっても、StackForce は無限の可能性を持つ革新的なプラットフォームを提供できます。皆様が素晴らしいアプリケーションを作成されることを楽しみにしています！

技術サポートと製品ディスカッション​

弊社製品をお選びいただき、ありがとうございます！弊社製品での体験が可能な限りスムーズになるよう、さまざまなサポートを提供いたします。さまざまな好みやニーズに対応するため、複数のコミュニケーションチャネルを提供しています。

Loading Comments...