オムニホイール４輪駆動台車による走行実験岡山県立大学情報学部スポ岡山県立大学情報工学部スポーツシステム工学科ツシステム学科バイオメカトロニクス研究室 2323015 小野由美子概要 1．研究背景 2．研究目的 3 ４輪型全方向駆動台車の機構 3．４輪型全方向駆動台車の機構 4．オムニロボットの走行実験 5．降坂時の走行制御 6．登坂時の走行制御 6 登坂時の走行制御 7．まとめまとめ研究背景 ①工場や施設内では作業の効率化や自動化が進んでいる ②床面上を自由自在に動き回り切り返しを必要としないロボットが導入されている全方向移動機構 ③しかし、全方向移動機構は構造が複雑で平地かつ整地以外での走行制御が難しい研究目的 ① オムニホイール4輪駆動による小型台車の設計製作 ② 坂路での安定走行を目的とした降坂走行時の姿勢制御ジイサによる姿勢制御登坂走行時のジャイロセンサ４輪型全方向駆動台車の機構オムニホイールについて ①軸上のホイールの回転（縦方向にモータの駆動力を伝達） ②円周上の小ローラーの回転（横方向へフリーの回転）４つのホイールの車軸はすべて本体の中心方向に向かって取り付ける４輪型全方向駆動台車の機構オムニホイールを用いたロボット製作（裏面） (b) 完成図 (a) CAD設計オムニホイール４輪を対向位置（十字の形）に配置オムニホイル４輪を対向位置（十字の形）に配置４輪型全方向駆動台車の機構オムニホイールを用いたロボット製作 motor3 RX62N micro computer gyro sensor motor4 motor1 acceleration sensor motor2 ( ) 上から見た図 (a) (b) 横から見た図４輪型全方向駆動台車の機構ロボットの平地での基本動作前進移動 (b)(a) 斜め４５°移動 (c) 回転駆動せずフリーオムニロボットの走行実験坂路走行時のロボットの姿勢４輪でパワフルな走行安定した直進走行降坂制御登坂制御（真っ直ぐ姿勢）（斜め姿勢）左右のタイヤだけ駆動させ前後のタイヤは固定４輪すべてを駆動させて走行降坂時の走行制御「ロボットの降坂速度を減速させ安定した降坂が可能な走行手法の提案」 →真っ直ぐ姿勢「走行時にモータの駆動にかかる電流を削減」 →ロボットの電流消費量の計測降坂時の走行制御整地降坂実験坂路木材合板（9㎜）×2枚移動距離傾斜角 550㎜ 10deg 降坂時の走行制御降坂時ロボットの姿勢の安定 ①左右のタイヤだけ駆動させる直線的な制御がしやすい ②前後 ②前後の2輪にブレーキをかけて固定輪キをけ固定小ローラーの前後のフリーの動きのみ 4輪駆動より走行姿勢が安定降坂時の走行制御降坂速度の減速 ③左右のタイヤに断続的にブレーキをかける（ブレキをかける間隔は10ms）（ブレーキをかける間隔は10ms）フリーの状態で降坂させたときより速度が減速降坂時の走行制御降坂実験 (a)普通駆動降坂時の走行制御降坂実験 (b)駆動＋断続ブレーキ降坂時の走行制御降坂実験 (c)フリー＋断続ブレーキ降坂時の走行制御電流消費量の比較普通駆動駆動＋断続ブレキ駆動＋断続ブレーキ真っ直ぐ姿勢により安定した降坂制御電流消費量を抑えた走行制御法を提案フリー＋断続ブレーキ最も電流消費量が少ない (a)Duty比20％登坂時の走行制御「「ロボットの姿勢を維持したままボ姿勢を維持たまま直線的な登坂が可能な走行手法の提案」 →斜め姿勢で４輪駆動によるパワフルな走行に →ジャイロセンサによる姿勢制御ジイセンサによる姿勢制御登坂時の走行制御ジャイロセンサによる姿勢制御 ((a)左に曲がったとき )左に曲がたときが (b)右に曲がったときジャイロセンサにより取得されるヨ角をリアルタイムで求めジャイロセンサにより取得されるヨー角をリアルタイムで求めロボットの姿勢のずれを検知登坂時の走行制御平地での基礎実験走路幅廊下 1.62m 測定条件廊下の中央からスタート廊下の中央からスタト左右の壁に接触するまで登坂時の走行制御平地での基礎実験 (a)ジャイロなし (b) ジャイロあり登坂時の走行制御平地での基礎実験 17.85m 5m ジャイロセンサを用いることでロボトの直進性が向上ロボット (a)ジャイロなし (b) ジャイロあり登坂時の走行制御整地登坂実験坂路木材合板（9㎜）×2枚移動距離傾斜角 550㎜ 18deg 速度指令：duty比20％姿勢角度±1degを超えると10％UP 登坂時の走行制御整地登坂実験登坂時の走行制御オムニロボットの登坂走行時ロボットの姿勢が 1deg以内を維持できている (a)Duty比20％で登坂時のロボットの姿勢登坂時の走行制御不整地登坂実験しまこうはん坂路縞鋼板移動距離傾斜角 4.07m 4 07 20degg 速度指令：duty比80％姿勢角度±2degを超えると15％UP 登坂時の走行制御不整地登坂実験凹凸がある摩擦の大きな面（不整地）を走行左右への台車のぶれは大きいが姿勢を自律的に修正しながら走行している登坂時の走行制御不整地登坂実験 ±2deg以上の姿勢のずれを検知、すぐに修正できている凹凸があるため、整地での登坂よりも姿勢が崩れやすいが… 自律的に修正し、長距離の不整地での登坂に成功！ (a)Duty比80％で登坂時のロボットの姿勢まとめ降坂制御・真っ直ぐ姿勢で断続的なブレーキをかけることで真直ぐ姿勢断続的なキをける安定した降坂走行が可能・モータを駆動させずフリーで降坂させることでモタを駆動させずフリで降坂させることで電流消費量を抑えた走行が可能登坂制御・坂路に用いた縞鋼板は凹凸があるにもかかわらず坂路用縞鋼板凸あるもわずジャイロセンサにより姿勢を維持したまま登坂走行が可能平地かつ整地以外での走行が可能に ! ご清聴ありがとうございました。５降坂時の走行制御５．降坂時の走行制御  モータの電流値の計測 AD変換によって得られた電圧値[V] 得られた電流値を積分電流消費量[A] ８今後の展望８．今後の展望 ①降坂制御・加速度センサにより降坂時の速度を計測し、断続ブレーキの間隔に反映することで速度を変更する ②登坂制御・さらなる長距離の走行において、姿勢を維持し続けるためには超音波センサやコンパス等を用いた走行中の補正が必要・不整地では、各車輪への駆動力の伝達が不安定になるためサスペンション機構が必要シ機構必要