□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 2 軸加速度センサを用いた姿勢制御回路とプログラムの開発 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 秋田工業高等専門学校 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 小林陽介,田中将樹,小林義和 □□□□□□□□□□□□□□□□□□□ [email protected] □□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 1. 緒言 2014 年に開催したアイデア対決・全国高スラロームゾーンはゾーン内部にあるパ等専門学校ロボットコンテスト(通称高専ロイロンに当たらないように気をつけて運ぶボコン)において, 課題達成のため高く積み必要がある. しかし, コースの序盤であるた上げた蒸籠を崩さないように制御することめ, 時間のロスとならないようある程度のが必要となった. そのため, 試供された 2 軸 . 加速度センサ SCA1020-D11 を使用し, 姿勢機動力が必要とされる角材ゾーンは, その不安定な足場の上を制御のためのシステムを構築した. ロボットが移動しなければならない. そのため, 安定した移動を可能とする機構にし 2. ロボコンとは . ロボコンとは 1988 年から始まった, 毎年なければならない傾斜ゾーンは , 傾斜角が最大で 15°と急で発表される課題に沿って技術とアイデアをあるためあまり高く積み上げると, この傾振り絞ってロボットを作り, 全国の高専が斜ゾーンで蒸籠が倒れてしまう. 蒸籠の数競い合う伝統的な競技のことである. 2014 を少なくして運ぶ, 蒸籠を高く積み上げて年は「出前迅速」という課題名で, その課題も地面と並行に保てるような機構を搭載すは蕎麦の蒸籠を 3 つの障害物を乗り越えてるなど, さまざまな戦略が考えられる. ロボットが目的地まで運び, その数を競い合う. ロボコンには地区大会と全国大会が 4. 製作したロボットあり, 地区大会で優勝したチームと審査員 E6 系秋田新幹線こまちを参考に新幹線型から推薦された 1～3 チームが全国大会に出のロボットを設計・製作した (図 2). このロ場することができる. ボットはスラロームゾーン攻略のためのオムニホイールと角材ゾーンと傾斜ゾーン攻 3. 出前迅速の課題内容赤・青の 2 チームに分かれて対戦し, 各チ略のためのクローラーを自在に変更するこ , 蒸籠を載せたお盆ーム 1 台のロボットと 3 人の高専生がフィとができる移動機構と 2 軸ジンバル機構を搭載ールドで競い合う. 出前ロボットはお盆にの姿勢を制御するしている点が特徴である . 高く積み上げられた蕎麦の蒸籠を, スラロームゾーン, 角材ゾーン, 傾斜ゾーンの 3 つの障害物を乗り越えて運ぶ. 競技時間である 3 分間の間で少しでも多くの蒸籠を出前したチームが勝利となる . 図 1 は競技を行うフィールドの全体図である. [1] 図 2 製作したロボットスラローム角材傾斜図 1 出前迅速フィールド全体図 5. ジンバル機構について 1 1 ジンバルとはつの軸を中心として物体を回転させる回転台の種である. 2 つのジンバルを軸が直行するように設置すると , 内側のジンバルに乗せられた物体の向きを常に一定に保つことができる.今回製作した 2 軸ジンバル機構を図 3 に示す. 制御プログラムのフローチャートを図 5 に示す. Arduino と 2 軸加速度センサ間の通信は SPI 通信で行った . 角度データを受信するとき, そのデータは 11bit で送られてくるが, SPI 通信の仕様上, 8bit ずつでしか受信することができない. そのため, 2 回に分けて受信し, 不要な 5bit を削る処理を行った. PD 図 3 2 軸ジンバル機構 6. 姿勢制御システムの概要 2 今回使用する軸ジンバル機構は２つのモータを制御するためのモータドライバーと, センサから角度を読み取る回路が必要であった. 作業を並列化するため, 角度読み取り用の回路とモータ駆動用のモータドライバー回路を分けた(図 4). そして, 角度読み取り回路には Arduino マイコンボードを, モータドライバーにはワンチップマイコンの PIC18F2550 を搭載した自作の回路基板を使用した. 図 5 姿勢制御システムのフローチャート図 4 制御システムの概略図 7. 工夫した点 Arduino を使用したことで簡単にセンサと通信を行うことができた. 今回は姿勢制御を行う手法として PD 制御を採用した. 始めに, Arduino 側で２軸加速度センサを用いて角度情報を測定する. そして測定した角度をモータドライバーに送信し , 目標値 (0 °) との偏差を求める. その偏差に応じてモータを動作させ角度を修正し, 再び測定を行う. これを偏差が 0 となるまで繰り返すような制御を行った. 初めは P 制御で行っていたが, PD 制御に変更してから 2 軸ジンバル機構の揺れが収まるまでの時間が減少した. 8. プログラム解説姿勢制御を行うために重要な PD 制御は, ワンチップマイコンの PIC18F2550 で行った. 開発環境は CCS 社の C コンパイラを使用し, C 言語によるプログラミングを行った. 9. 2 軸加速度センサについて 2 SCA1020-D11 , 0.0035 . 20kg , . , , . , 2 30 . , 15 . 使用した軸加速度センサは角度分解能が優れており °単位で角度検出をすることができるさらに耐衝撃性があり温度センサも内蔵されているそのため温度補正も行い精度よく角度を測定することが可能となるただしこの軸加速度センサの測定範囲は ± °までしか出来ないしかし今回の競技の最大傾斜角は °であったため特に問題にはならなかった 10. 大会成績・結言 , 大会の成績は地区大会でベスト 4 の成績を収めることが出来た. 制御に関しても, PD 制御をプログラム上で実装でき, 性能の良い 2 軸加速度センサを用いたことで満足のいく制御を行うことができた. 参考文献 [1] 高専ロボコンルールブック http://www.official-robocon.com/jp/kosen/kosen2014/rulebook.html