Up 関節角度センサー 作成: 2026-08-02
更新: 2026-08-02
４足歩行ロボット ＞ 身体 ＞ 感覚系 ＞ 関節角度 ＞ センサー

    関節角度 (joint angle)
    　hip
    　　大腿リンクと胴体リンクのなす角度
    　knee の角度
    　　大腿リンクと下腿リンクのなす角度
    　ankle の角度
    　　下腿リンクと足先リンクのなす角度
    ｢角度｣ は，回転角度。


    関節角度センサー
    　「関節が今どれだけ曲がっているか」(角度) を測る装置

    現前の関節角度センサーは，｢エンコーダ (encoder)｣ と呼ばれているものになる：
      ロボットの関節は，サーボモータで動く。
      サーボモータの軸にエンコーダ が取り付けられている。
      これの回転量を読み取ることで,，角度がわかる。

    「回転量を読み取る」方式ということで，｢ロータリーエンコーダ｣ と呼ばれる。

    そしてこれには，つぎの２種類がある：
    　　インクリメンタルエンコーダ
    　　アブソリュートエンコーダ


    ○ インクリメンタルエンコーダ
    ｢変化量の累積 (積分)」で角度を求める：
    　　回転すると「パルス」が出る
    　　このパルスを数えることで，角度がわかる

    長所：
    　　高速応答
    　　→ 動きの速いロボットに向く

    短所：
    　　ノイズや読み取りミスによる誤差が累積する
    　　原点（ゼロ位置）を決める必要がある
    　　電源を切ると角度がわからなくな


    ○ アブソリュートエンコーダ
    構造が，
    　　　円盤 ＋ 光学センサー

    その都度，絶対角度 (absolute angle)を直接読み取る：

    　　円盤に多ビットのパターンが刻まれている
    　　光学センサーがそのパターンを読み取る
    　　読み取ったパターンが「角度そのもの」

    長所
    　　インクリメンタルエンコーダの短所の逆
    　　高精度
    　→ 歩行ロボットの関節には，これ

    短所：
    　　高価


    角速度は，角度の時間微分 (差分) で求めるのが一般的：
    　　ω(t) ≈ (θ(t)−θ(t−Δt) ) /Δt

    　理由：
    　　この方法で角速度が出る
    　　サーボの制御周期は高速なので，差分が安定

    角速度センサーはジャイロということになるが，
    　　ジャイロはノイズが多い
    　　関節ごとにこえを付けると，重くなる


    備考
    世界座標系に対する角度（水平面に対する角度）は，求めようとするときは，つぎのものから計算で導くことになる：
    　　リンクの姿勢（orientation）
    　　ロボット全体の姿勢（base orientation）
    　　IMU（慣性センサー）
    　　前後の関節角度の積み重ね（forward kinematics）