足首外骨格ロボット制御システム

概要

外骨格ロボットはリハビリ、産業支援、軍事分野で広く応用されている。本プロジェクトは完全な足首外骨格制御システムを実装し、最近大規模なROS1→ROS2移行とハードウェアアーキテクチャ再設計を完了した。

アーキテクチャ

Ubuntu 22.04 + ROS2 Humble、colconビルドシステム。

can_ankle — 5モード適応歩行コントローラ

シンプルなトルク制御から完全な5モードステートマシン適応歩行コントローラへ進化：

STAND_MODE → TORQUE_MODE → PRE_TORQUE_MODE → TORQUE_DRIVE_MODE → VELOCITY_MODE → STAND_MODE

主要機能：

• 適応歩速推定：立脚相時間から pace = -ln((t2-c1)/a1) / b1 でリアルタイム計算
• PID自動調整：歩速に応じて5段階動的調整（Kp 20-60）
• 勾配補助トルク：IMUクォータニオンから勾配推定 → assist_torque = 8/π * atan(slope/2)
• フローティング補償：理論的/実際の遊脚時間差で動的調整
• 2つの制御モード：Mode 1 — 余弦曲線+適応; Mode 2 — 固定0.18s/0.21s

CANバス — デュアルプロトコル

• ハードウェア: CANalyst-II (USB 04d8:0053, 1 Mbps)
• モーター: CANopen Node 83, SDO COB-ID 0x653
• Layer 1: python-can + canalystii
• Layer 2: C++埋め込みサブプロセス

fdilink_ahrs — IMUプロトコル更新

	旧	新
ヘッダ	FC	0x5A 0xA5
フレーム	可変	82バイト
ボーレート	921600	115200

7つのROS2 Topic: /imu, /euler_angles, /mag_pose_2d, /magnetic, /gps/fix, /system_speed, /NED_odometry

力覚センサー — Modbus RTU

ASCIIプロトコルからModbus RTUへ完全再設計。機能コード0x03、CRC16検証、20Hz。

安全機能

エンコーダ制限(±45°)、力過負荷(300N)、立位タイムアウト(>5s)、コマンドシーケンス検証。