第 11 章 ポール・スラローム・ロボットの 製作を通して理解する 光センサ・インターフェ−スと PWM 制御を使ったモータ駆動の テクニック ◆開発環境 C コンパイラ（AKI − H8/3664 マイコン・ボード付属品，入手先：秋月電子通商） 山名 宏治 Koji Yamana 本章では，並べられたポールの間を縫って走行する ポール・スラローム・ロボットを製作します． 近いほど大きくなり，対象物を限定すれば距離も測定 できます．ただし，数ミリという近距離では，LED 写真 1 （ カラー写真は，p.108 参照）は，動作中の連 とフォト・トランジスタの中心点がずれていることに 続写真から作成した合成画像で，右下から左上の方向 に移動しているところです．足回りのメカ部分は，タ よって戻り光は減少します． スラローム走行のアルゴリズム カラのデジ Q（写真 2）を使いました． ポールを検出する方法 ● ポールを検出したら旋回方向を切り替える 基本的なアルゴリズムは，左右のセンサでポールを ポールを検出するセンサには，赤外線を使うほうが 検出するたびに旋回方向を切り替えるという単純なも 外光の影響を抑えることができます．見た目の楽しさ や動作のわかりやすさを優先するために，オレンジ色 のです．ここでは，写真 1 を使って説明します． 手前から①番目と②番目は左回りの旋回で，旋回の の可視光を使いました．ここでは，超高輝度 LED TLOH180P とフォト・トランジスタ TPS601A を対に 外側，つまり進行方向右側の LED が点灯しています （以後“左”“右”は同様の意味で使う） ． 点灯しているセンサがアクティブな状態であり，② して使用します． ポールの有無は，LED の光をポールに当て，乱反 射して戻ってくる光の量をフォト・トランジスタで検 番目でポールに光が当たりここで旋回方向を切り替え ます．③番目は右回りの旋回で，左側の LED が点灯 出します．使用した LED の指向角の半値角は 8 °とか なり狭いので，フォト・トランジスタも指向性の強い しています． 次にポールに光が当たる場面はコマ落ちしています ものにしました． が，④番目は右側のセンサが点灯して左回りに切り替 LED は点灯と消灯を高速で繰り返し，点灯時と消 灯時の光の量の差分が，ポールに当たって戻ってくる わっています．⑤番目は 1 番目に近い状態に戻った形 であり，この繰り返しでポールを縫って走行します． 光の量としました．この差分は，ポールまでの距離が ● デフォルトは終端ポールで停止 ⑤ 終端ポールに達したとき，次のポールを検出するま 光の反射を検出 ④ 距離測定用LEDが 距離測定用LED 距離測定用 LEDが 点灯している ③ ② ① 右回りの旋回 左回りの旋回 写真 1 連続写真から作成した合成画像 1 コマの時間間隔は 0.4 秒 180 写真 2 デジ Q 2004 年 5 月号 特集＊保存版 ★ H８マイコン応用回路集 で旋回を継続すると，次のポールが一つ前のポールに なり，図 1 のように折り返してくることになります． きず，調整作業が煩雑になるので，検出した距離を近 距離，標準距離，遠距離の三つに分類して，それぞれ もっとも，図 1 のようにきれいな旋回には条件があり， 現実のロボットではなかなかそうはいきません． の旋回半径を設定することにしました． ハードウェアの設計 デジ Q のメカは，ギア比が低いうえに重量もある ので，確実性の高い低速走行というわけにはいきませ んし，折り返し動作の完成度を上げるとなると難問に ポール・スラローム・ロボットの回路図を図 3 に示 なりそうです． 今回は，終端ポールを検出したところで停止するこ します． とにして，スタート操作のオプションとして 1 往復や ● センサ回路 エンドレス動作も選べるようにしました． D1 と D2 がセンサ用 LED，Tr1 と Tr2 が受光用フォ ト・トランジスタです．受光量は A − D 変換します． ● ポールとの距離に応じて旋回半径を変える 前述したアルゴリズムを利用し，一定の旋回半径で フォト・トランジスタは，感度にばらつきが見られる ので，余分に購入してテストすることを推奨します． 動作させるだけでもポールを縫って走行することはで H8/3694F の A − D コンバータで測定精度を得るた きます．しかし，ポール間の中央近辺に移動する作用 はほとんどないため，ずれると修正が効きにくく，ポ めには，接続回路，ここではセンサの出力インピーダ ンスが 5 kΩ以下という制約があります．そこで，Tr3 ール間隔はほぼ一定に制限されます． 図2 （a）は標準的な旋回，（b）は小さい旋回，（c）は 大きい旋回で，このようにロボットの旋回スタート時 の位置に応じて旋回半径が変われば，次のポールとの 間の中央のあたりにロボットを到達させることができ ます． すなわち，旋回切り替え時に検出するポール（図の 中央のポール）との距離に応じて旋回半径を変えれば 良いことになります． ここでは，あまり複雑な制御を行うと状態が把握で 付録マイコン基板 MB-H8 B R5 VR 1 100k Tr1 2SC 10k Tr4 1815 P85 （東芝） VR 2 Tr3 2SC 100k 1815 Tr2 R1 4.7k TPS 601A E C D2 TLOH180P×2 右用 R 11 150Ω VCC SW4 SLR-342VC （ローム） CN4 充電器 接続用 D3 PB1/AN1 PB0/AN0 PB4/AN4 PB5/AN5 A VR 4 VR 5 5k 5k 5k スピード用 C1 1k 右用 左用 赤 PB6/AN6 黒 C3 スタート・ ボタン C4 0.01μ Tr5 2SK2782 （東芝） C SW2 P14/IRQ0 P15 D C2 470μ 0.1μ 単4ニッケル水素電池×2 デジQの電池 デジQ部分 右旋回用 （c）大きい 旋回 R 10 P81 4.7k TPS 601A （東芝） D1 150Ω R2 VR 3 左旋回用 P80 （b）小さい 旋回 図 2 三つの旋回半径 左用 右用 左用 （a）標準的 な旋回 図 1 終端ポー ルでの折り返し 黒 R6 R7 10k 100k 0.01μ 赤 R8 10k R9 100k Tr6 2SK2782 （東芝） GDS P16 図 3 ポール・スラローム・ロボットの回路図 2004 年 5 月号 181
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