概要

壁面爬行ロボット v2.0は、CANバスとRS485のデュアル通信プロトコルで4台のモーターを制御し、安定した壁面爬行を実現する差動駆動ロボット制御システムです。ROS2コマンド制御とゲームパッドリアルタイム操作を統合し、Qt5上位GUIツールによるモーターデバッグをサポートします。

低レベルの通信プロトコルから高レベルの制御アルゴリズムまで、すべて独自に実装された完全な組込みロボット制御システムです。

コア技術

デュアルプロトコルモーター制御

CANバス RS485

2つの産業通信プロトコルで4台の独立したモーターを制御：

  • CANバス（COM4、921600ボー）：モーター1/2を制御
  • RS485/Modbus（COM8、115200ボー）：モーター3/4を制御、CRC16-Modbus検証付き

ROS2ネイティブ統合

ROS2 CmdVel

ROS2の /cmd_vel トピックを購読し、geometry_msgs/Twist メッセージをリアルタイム受信：

  • 線速度（m/s）と角速度（rad/s）を左右モーター速度に変換
  • 20 Hz制御ループ周波数
  • rclpy フレームワークベース

ゲームパッド遠隔操作

Pygame コントローラー

ゲームパッドによる直感的なロボット操作：

  • 十字キー：4台のモーター同期前進/後退
  • アナログスティック：左右独立制御による差動旋回

安全保護機構

安全保護
  • 加速度ランプ制限制御：モーター速度の急変を防止
  • 500ms cmd_vel タイムアウト自動停止：通信途絶時の自動保護
  • 電流制限 2A：モーター過負荷防止

物理パラメータ

実機で校正・検証済み：

パラメータ 値
ホイール径 0.05 m
トレッド 0.30 m
最高速度 5 rad/s
電流制限 2A
加速度 10 rad/s²

技術スタック

Python ROS2 Pygame CANバス RS485
  • 制御言語：Python 3
  • フレームワーク：ROS2（rclpy）
  • ゲームパッド：Pygame
  • 通信：pyserial
  • 上位GUI：Qt5（motor_tool.exe）
  • モータードライバー：ZE300シリーズ

プロジェクトの意義

この壁面爬行ロボットプロジェクトは、ロボット制御分野での重要な実践であり、低レベルの通信プロトコルから高レベルの制御アルゴリズムまで完全な技術スタックをカバーしています。このプロジェクトを通じて、以下について深い理解を得ました：

  • 産業通信プロトコル（CAN、RS485/Modbus）の実践的応用
  • ROS2のノード通信とメッセージメカニズム
  • 差動駆動の運動学モデル
  • リアルタイム制御システムの安全保護設計

このプロジェクトは、その後の足首外骨格ロボットプロジェクトの強固な基盤となりました。