ＲＣジャイロの使い方

このページでは、２Ｌ１等に使用している、ＲＣジャイロの使い方について簡単に説明します。 ラジコンの雑誌などでは、通称「ジャイロ」で呼ばれているようですが、ここでは特に ラジコン模型用に無線機（プロポ）のメーカーから販売されているレートジャイロを 「ＲＣジャイロ」と呼ぶことにします。

２Ｌ１／２Ｌ２に搭載した目的

２Ｌ１／２Ｌ２は基本的に予め計算した軌道に沿って足先を周期的に動かすことにより 歩いています。しかし、路面のちょっとした段差（１ｍｍ未満くらい）や 傾斜により一気にバランスを崩したり、だんだんと揺れが大きくなってきたりします。 このような外乱による姿勢変化（揺れ）の動きを検知し、打ち消す制御 の元となる情報を得るために搭載しました。

２次的な目的としては、誤差の蓄積があまり問題とならない、十分短い時間、 （１歩踏み出す所要時間の０．４秒程度）角速度を積分し、角度データを 得る事も目的としていました。

ＲＣジャイロを選択した理由

初めは、村田製作所の角速度センサーを買い、アンプ類の回路を自作して搭載する つもりでした、しかし、センサー単体を入手できませんでした。 そこで、仕方がないので、このセンサーが組み込まれている製品から外して 使うことを考えました。応用製品としては、手ぶれ補正機能つきのビデオカメラや カーナビなどがありましたが、センサーを取って捨ててしまうには高価すぎるものばかりでした。

そんなときにＲＣ用として角速度センサー（圧電振動ジャイロ）を内蔵した ＲＣジャイロが発売されました。これを見て、機械技術研究所でＲＣジャイロ （だったと思います）を積んだ、ジンジャーみたいな倒立振子形の移動ロボット を９０年ころ見たのを思い出し、試してみることにしました。

ＲＣでの使いかた

ＲＣジャイロは本来、ＲＣヘリコプターやＲＣプレーンの運動の安定化を目的に 作られたものです。（「姿勢」を安定化する機能を持った機種もあります） 下の図に示すように、ジャイロから出ているコネクターを、受信機の通常はサーボ のコネクターを接続する場所に接続し、サーボのコネクターはジャイロに接続 して使用します。


この様に接続すると、ジャイロの動きに反応して、プロポ（送信機）からの 操作に重ね合わせて舵角が変わります。

ＲＣジャイロのタイプ

機械式で中にコマが入っているタイプと圧電振動センサーが入っているタイプが ありますが、私の場合は、応答性と耐久性が良さそうな圧電振動のタイプを ロボットに積んでいます。（残念ながら、実際に比較したことはありません。）

サンプル

	２Ｌ１に合計３個搭載しているＧＷＳのＰＧ−０３という１軸の圧電振動ジャイロです。 日本国内の定価は９８００円です。
	ＲＣサーボ　SX-101Z　と並べてみました。この機種は、小型プレーン用 なので小さいです。
	中には村田製作所の「圧電振動ジャイロ　ＥＮＣ−０３」というセンサーが 入っています。カメラの手ぶれ防止などに使われる機種で検出範囲は ±３００度／秒です。（詳しい仕様についてはメーカーのデータシートに譲ります。）

価格

２００２年現在、実売価格で７、０００円〜２０、０００円程度で、ゲイン調整を 本体に付いたボリュームで行うか、入力信号で行うかや、角速度を積分して角度 の出力にする機能を装備しているか等で価格が変わります。また、センサーの内臓方法 についても、防振対策の方法等に差があるようです。

• 信号の概要
  受信機とサーボの間にはさむ物なので、当然といえば当然、ＲＣサーボと同じ 信号を入出力します。

• 角速度情報の取り出し方
  マイコンと組み合わせた使い方としては、ジャイロの入力信号のハイレベルの時間を 、例えばサーボの出力軸が中立位置となる １．５ｍｓｅｃに固定し、出力信号のハイレベルの時間をマイコンの内臓 タイマー等を利用して計測します。
  
  出力パルスが１．５ｍsecからどれだけ変わったかが角速度を示すこととなります。

• 機種による違い
  参考に私が今までに使ったことのある機種について紹介します。ＪＲの NEJ-1000は入力信号が終わってから立ち上がり、立ち上がりのタイミングは 一定でした。一方ＧＷＳのPG-03は入力信号の立ち上がり後0.5msec程度で立ち上がり、 立ち上がるタイミングはジャイロの運動状況によって変化しました。 これらのジャイロは基本的に入力信号の周波数と出力信号の周波数が同じでした。
  PG-03の測定結果

  	入力信号の周波数と出力信号の周波数が同じでした。
  	入力信号と出力信号がタイミング的に重なります。（上が入力、下が出力）

  フタバのＧＹＡ３５２は入力周波数と関係なく一定の周波数で出力していました。 (入力周期を約20msec, 10msec, 6.67msecに変化させてみましたが、出力周期は約14.6msecでした。)

  GYA352の測定結果

  	ＧＹＡ３５２の外観、概要。 １パッケージの中に２軸分のセンサーが内蔵されているＲＣ飛行機用のジャイロです。 積算の誤差は大きいですが、角速度の出力だけではなく、角度を出力をする機能も 付いています。
  	入力信号の周期を２０ｍｓｅｃにした場合
  	入力信号の周期を６．６７ｍｓｅｃにした場合
  	入力信号を止めた場合も出力信号が出続けました。

  以上、私が試してみた３機種が３機種とも異なる仕様となっていた経験から、 信号を読むハードなりソフトなりを製作するにあたっては注意が必要だと思います。

  

  
  

ＲＣジャイロの効果

下のムービーは２Ｌ１ｖ２にジャイロを載せて半年がたころに撮影したものです。 揺れの増幅を抑えるという点でどんなふうに効果が現れるのかが分かります。

	転倒：00.03.15 「初めの一歩」の過程で、ジャイロのフィードバックゲインを上げすぎたときの転倒シーンです。 この時は、止まろうとしているときと、動いているときに同じゲインを使っていました。 ｖ５では時によって適当に切り替えています。 (120 Kbyte/mpeg)
	ジャイロのフィードバックゲイン：00.02.20 じっとしているところを指でつついた後の、揺れが収まる速さを比較したムービーです。 上から1.ゲインゼロ、2.高過ぎ、3.適正の順になっています。 1.ゲインゼロ：サーボの電源が入っているだけで、揺れを打ち消す動作はありません。 2.高過ぎ：ゲインが高過ぎて発振しています。もう少し上げると発散します。 （仰け反るように、ひっくり返ります） 3.ゲイン適正：ホントのところ適正か分かりませんが、振れ止めの効果が見て分かります。 (474 Kbyte/mpeg)

ジャイロ活用技術入門　多摩川精機（株）編　工業調査会
いろいろなタイプのジャイロの構造、特徴そして動作原理等が説明されていて、 ロボットにジャイロを載せようと思うときに参考になる本です。 私が買ったときは、本体価格２６００円でした。