自動追尾型移動体の作成 指導教官 ： 青山 義弘 研究者 ： 岡出 幸久 山本 雅俊 吉田 創 研究の背景 •現在、ロボットの研究は非常に盛んに行わ れている •授業や実験で得たことを利用してロボット 制御の研究は出来ないか ↓ 機械的な要素ではなく、センサ部・制御 部にスポットをあてたロボット制御の研究 研究の目標 • 自律型ロボット・・・ – 操縦者を持たない – 外部からの情報をマイコンや電子回路で解析し て制御をする • 製作する移動体 – 障害物を発見したら回避する – 目標を発見すると、一定距離で追跡する 具体的には・・・ • 先頭を進む移動体 ・・・ 親機(１台) • 後について行く移動体 ・・・ 子機(数台) ↓ 親機の後ろを子機達が一列に並んでついていく ⇒ カルガモ親子の行列 移動体の • 平均速度 → 毎秒１０㎝ • 一定間隔 → ５～１０㎝ 移動体の動き 親は位置を知らせる 子 が 親 を 子 は 親 を さ が す 見 つ け る 子は親の後ろに列を作って進む 親機の行動 • 四方に光を出して､どの方向からも子機が反 応できるようにする ↓ • 子機からの反応があった場合には､後ろにの み光が行くように切り替える 子機の行動 • 親機からの光に向かって走り出す ↓ • 距離を測って走りつつ､仮親となり､残りの子 機に対しての親機の役割を果たす(親機の行 動をとる) • 障害物を発見したら､回避する 機体作製中 試作品の作製 ・・・ 子機を１台作製中 • 障害物を避けて動く • 親の光を見つける ↓ • 親からの光をもとに親を追 尾する 試作品のセンサ配置図 センサ部制御部開発 距離センサの開発 移動体に必要な能力として・・・ ① 親と子供を識別する ② 親との距離を判断する ⇒ 距離センサ ③ 周りの障害物を確認する ⇒ 障害物センサ 障害物センサは市販されている光センサを使用 距離センサのしくみ 親は光を発して、光センサを付けた子に存 在を知らせる 光の有無 → 前方の親の有無を確認 光の強さ → 親との距離を測定 ＬＥＤ・光センサの選択 蛍光灯の発光スペクトルを考慮して最適なも のを選びだす 結果：蛍光灯の光には 赤色(λ：680～ 780nm)の成分が 弱い •赤色発光のＬＥＤ •赤色に敏感な光センサ 蛍光灯の発光スペクトル図 を使用する 増幅器設計 光センサだけでは電圧の変化量が少ないため、 ある距離間でのＡ/Ｄ変換結果も変化が少ない 増幅器を光センサ、Ａ/Ｄ 変換器間に配置する ↓ 変化量を大きく与える 電圧 [V] 4 VQ 3 Vout 2 1 0 0 50 100 150 間隔 [mm] ＬＰＦ設計 光センサにはＬＥＤからの光以外に蛍光灯 などの光が残っている ↓ ＬＥＤの光のみを取り出し、蛍光灯の影響 を抑えるため、低域フィルタ（ＬＰＦ）を構成 する必要がある 距離センサのブロック図 光センサ・ＬＰＦ・増幅器を配置してＣＰＵに 照度の値を送る距離センサとなる 制御部とセンサ部とのやり取り 制御部 センサ部 • 距離に応じた速度設定 • 障害物をよけるように進 行方向設定 •前方の距離 •障害物の有無 モータに適応！！ モータ マイコンについて① • 制御するのに､電子回路の組み合わせだけで できるのか ↓ • １チップマイコンを使用することにする • 様々なマイコンからポピュラーなものを数種類 選び出し､その中から今回使用するマイコンを 検討した マイコンについて② 子機のマイコン • 複雑な処理 • メモリ容量､割り込み､Ｉ／Ｏなどの点で優れ ている 日立製作所の組み込みマイコン “Ｈ８ ３０４８／Ｆ”を使用 マイコンの機能① • ＩＴＵ （Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｔｉｍｅｒ Ｕｎｉｔ） •５チャネルの１６ビットタイマで構成される •８種類のカウンタ入力クロックを選択可能 タイマ割り込みに使っているタイマユニット 距離センサ・障害物センサの値をとるのに タイマ割り込みを使用 マイコンの機能② • Ａ／Ｄ変換器 –１０ビットの分解能 –１チャネルあたり最小７．４μｓ • Ｉ／Ｏポート –障害物センサや、距離センサなどを接続 • ＤＭＡ （Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｃｃｅｓｓ） –１６Ｍバイトのアドレス空間を直接指定可能 マイコンでの制御について マイコン側で行う制御は以下の通り • センサのチャネル切り替え • センサの値を読み取る • センサからの値で行動を決定 前進、後退、方向転換などの行動がある • モータの制御 今後の課題 • プロトタイプの製作、動作テストに入る • テストにおいて発覚した問題点の原因を吟 味、改善していく 以上を繰り返していき、目標とする台数を 生産する。 プロトタイプ（子機：センサ部取付未）
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