18 MOTORコントロール⑥【早歩き】

以下の内容は、WordPressにそのまま貼り付け可能なHTMLタグ形式のプレーンテキストです。

【スクラッチでロボット製作】クムクムを最速で歩かせる！「待たずに動かす」コマンドによる早歩きテクニック

プログラミング教育やロボット製作において、二足歩行ロボットを「いかにスムーズに、そして速く歩かせるか」は、学習者が直面する非常にエキサイティングな課題の一つです。今回は、プログラミングロボット「クムクム」とスクラッチ（Scratch）を使用し、通常の歩行動作を劇的に進化させる「早歩き」のテクニックを解説します。

通常のコマンドでは動作が完了するまで次の処理を待ってしまいますが、本記事で紹介する「待たずに動かす」コマンドを駆使することで、複数のモーターを並列で制御し、人間のようなスピーディーな足運びを実現する方法を詳しく学んでいきましょう。

1. 学習の概要：なぜ「待たずに動かす」のか？

ロボットの歩行速度を上げるためには、単にモーターの回転速度を上げるだけでは不十分です。重要なのは「動作のオーバーラップ（重なり）」です。

通常の「〇度まで〇秒で動かす」というコマンドは、その動作が終わるまでプログラムの進行が止まってしまいます。しかし、「待たずに動かす」コマンドを使用すると、一つの関節を動かし始めた直後に次の関節の制御に移ることができます。これにより、右足を下ろしながら左足を上げ始める、といった「同時並行の動き」が可能になり、歩行の空き時間を最小限に抑えることができるのです。

本チュートリアルでは、以下のステップで最速歩行を目指します。

• モーターの初期化と基本姿勢の構築
• 「待たずに動かす」を使った右足・左足の独立したブロック定義
• 動作の合間に最小限の「待ち時間」を挿入する最適化手法
• ロボット個体差に合わせた微調整の考え方

2. 実装の詳細：早歩きプログラムの組み立て方

それでは、具体的なプログラムの構成を見ていきましょう。動画では、複雑な動きを管理しやすくするために「ブロック定義（関数）」を多用しています。

① ロボットの初期化と電源投入

まず、すべての基本となる「直立姿勢」を作ります。モーターをすべて中央値に戻し、1秒ほど待機してからモーターの電源を入れます。これがずれていると、その後の歩行バランスがすべて崩れてしまうため、非常に重要な工程です。

② ブロック定義による動作のユニット化

早歩きを実現するために、以下の4つの主要な動きをブロックとして定義します。

• 右上げる： 右足を上げ、重心を左に移動させる動きです。この際、左足と右足の角度を同時に調整し、0.5秒〜0.7秒という極めて短い時間で軸足を作ります。
• 右前に出す： 浮かせた右足を前方に振り出します。太もものモーターを高速（0.5秒）で回転させますが、つま先が内側に入りすぎないよう、反対側の足の角度も同時に微調整するのがコツです。
• 右下げて左上げる： ここが早歩きの肝です。右足を下ろす動作と左足を上げる動作を「待たずに動かす」で同時並行に行います。これにより、ロボットが静止する時間を排除します。
• 左前に出す： 右前と同様に、左足を最速で前方に振り出します。

③ 0.2秒の魔法：ウェイトの最適化

すべてのコマンドを「待たずに動かす」にすると、通信環境や処理速度によっては命令が重なりすぎてしまい、ロボットが正しく反応できなくなることがあります。動画内での検証の結果、各動作の間に「0.2秒待つ」という極めて短い待ち時間を挟むことで、速度を維持したまま確実な動作を実現しています。

3. 注意点：スムーズな歩行を妨げる要因と対策

プログラムが正しくても、実機のロボットでは思い通りにいかないことが多々あります。以下のポイントに注意して調整を行ってください。

• 個体差による角度調整： サーボモーターの取り付け精度や摩耗具合により、最適な角度はロボットごとに異なります。動画で紹介されている数値（78度、110度など）はあくまで参考値とし、自分のロボットが転倒しない限界の角度をトライ＆エラーで探りましょう。
• 路面状況の影響： 地面の摩擦や傾斜によって歩行性能は大きく変わります。フローリングなのかカーペットなのかによっても、最適なスピードと角度は変化します。
• 通信の遅延（レイテンシ）： PCとロボット間の通信状態により、動作が飛び飛びになったり、急に速くなったりすることがあります。安定した通信環境でテストすることをお勧めします。
• 重心の管理： 足を上げる速度が速すぎると、反動で反対側に倒れてしまうことがあります。加速と停止のバランスが重要です。

4. 応用への道：さらなる高速化と自律化

今回の早歩きマスターすれば、以下のような高度な応用へ進むことができます。

センサーとの連動

超音波センサーを使い、「障害物が現れるまでは早歩きで進み、近づいたら減速して停止する」といった動的なスピード制御を組み込んでみましょう。

旋回動作への応用

「待たずに動かす」テクニックは直進だけでなく旋回（曲がる動作）にも応用可能です。左右の足の振り幅を変えることで、高速な進路変更が可能になります。これにより、ロボット競技会などのタイムアタックで圧倒的なアドバンテージを得ることができるでしょう。

変数を使った動的な速度変化

待ち時間（0.2秒）や移動角度を変数に格納し、スライダーでリアルタイムに歩行速度を調整できるインターフェースをスクラッチ上で作成するのも良い学習になります。

ロボットプログラミングの真髄は、こうした細かな数値の「チューニング」にあります。ぜひ、あなただけの「最速設定」を見つけ出してください！