omicro：球体型ロボット
1. はじめに
omicroは、スマートフォンやタブレット、Apple WatchからBluetoothで直感的に操作可能な球体型ロボットである。完全に保護された設計により、STEAM教育に適した構造を持ち、360度全方向に対応する駆動システムを搭載している。また、ハンドジェスチャーによる操作も可能であり、複数のロボットを同時に制御する機能も備えている。これにより、教育現場でのプログラミング教育やロボット工学の実習、家庭での子供たちの学習支援、研究開発におけるロボティクス研究、イベントや展示会でのインタラクティブなデモンストレーションなど、多岐にわたる応用が可能である。
2. システム構成
システムの利用手順は以下の通りである。
- 床に球体型ロボットを設置する。
- 球体型ロボットの電源を入れ、iPhoneアプリケーションとBLEで接続する。複数の球体型ロボットと接続する場合は、iPhoneアプリを複数接続モードに切り替える。
- 球体型ロボットで電子コンパスのキャリブレーションを行う。キャリブレーションはiOSアプリから行われる。
- iOSやwatchOSアプリケーションで球体型ロボットを操作する。
2.1 球体型ロボット
球体型ロボット omicroは、外側の球体とその中で動くロボットの二部分から構成されている。
外側の球体
外側の球体は、直径170mmのクリアなプラスチックBOXを使用しており、材質はスチロール樹脂である。表面には硬化ガラスコーティング剤が塗装されており、耐久性と視認性を高めている。
内部のロボット
内部のロボットは、M5Stamp S3を中心に、2つのマトリックスLED、モータードライバのSparkfun TB6612FNG、6軸センサのMPU6050、地磁気センサ GROVE三軸デジタルコンパスモジュールv1、NeoPixel Ring 16連フルカラーシリアルLEDで構成されている。フレームはレーザーカットされたアクリルを使用している。電源にはエネループ電池を6本使用し、これらは2本と4本に分けて配置されている。ロボットの最下部には重心を整えるためにパラストが配置されている。
車輪と運動機構
ロボットには合計10個の車輪があり、動力は下部の大きな2つの車輪にのみ繋がれている。ゴムタイヤと球体が直接接触するとグリップが強すぎるため、医療用のサージカルテープを使用して摩擦を調整している。その他の8つの車輪は、静止時には球体の内壁に接触していないが、走行時には内壁に触れるようになっている。これにより、「ボールの直進安定性向上」、「衝撃吸収」、「回転時の軸保持」という役割を果たしている。車輪が回転すると、内部のロボットが球体の内側の壁を駆け上がることで、ボールが前進する。ボールの方向変更は、車輪が逆方向に等速で回転することで、超信地旋回を行い、その場での回転が可能である。
2.2 操作アプリケーション
omicroの操作には専用のiOSアプリケーションとwatchOSアプリケーションを使用します。これらのアプリケーションの詳細な機能や操作方法については、「omicroシリーズ専用アプリケーション」をご参照ください。
主な機能：
- iOSアプリ: システムハブとして複数ロボットの制御、Unity連携
- watchOSアプリ: ハンドジェスチャーによる直感的操作、CoreMLを活用した機械学習機能