IR photo transistor 60 °
Front
60 ° Front
IR photo transistor
9 ? ()!
子として，A.*社製のフォトトランジスタ「*4 9」を選定した．*4 9には可視光カッ トフィルターが搭載されており，可視光環境下においても赤外線を検出できる．フォトトランジ スタは，赤外線を受光すると光電効果により抵抗値が変化する．抵抗値の変化に伴い電圧値も変 化するため，L-変換によりロボットは方向を知覚することができる．また，フォトトラン ジスタには受容角受光可能な角度が存在する．したがって，全方位を許容するためには設置個 数を決定する必要がある．*4 9の受容角は Æであるので，全方位を許容するためには最低 個必要になる．ロボットは大まかな方向を知覚できればよいので，高い分解能は必要ない．した がって，9 に示すように，同一円周上にロボットの正面から Æ 毎に計個の素子を搭載 した．また，それぞれの素子は水平面から Æの向きで固定されている．そして，それぞれの電 圧値をL-変換し，それらの最大値を参照することでロボットは方向を知覚することがで きる．しかし，受容角の関係上，鉛直方向の検出できないため，ロボットは到着を知覚でき ない．そこで，到着検知用に水平面から Æの方向に素子を つ搭載した．ロボットが に十分接近し，到着検知用素子の電圧値が全素子の中で最大となったとき，ロボットは への到着を知覚する．
受光素子・接触センサ
本研究では*を押してまで運搬することを想定しているため，ロボットは運搬方向側 の面と反対の面へ回り込む必要がある．したがって，*周辺で*に接触することなく，* を知覚する機能が必要である．本研究では，*を青色/$-により発光させ，ロボットに受光 素子「(0」を搭載することでこの機能を実現した．(0は光電効果による抵抗値の変化を利用し た受光素子であり，明暗の区別を得意とする．可視光環境下での使用を考えると，*と可視光 で明暗の区別がつかないため，*を認識することができない．そこで，9 に示すように，
(0上部に庇を設けることによりこの問題に対処した．また，*を発光させることで，*の 位置情報が大域的な情報になりうる．群れでは局所的な情報によって群れの特性が発揮されるた め，大域的な情報は群行動を阻害する．この問題に対して，本研究では(0の応答電圧に閾値を 設定することで，*の位置情報の大域化を抑制し局所的なものにしている．また，*運搬時，
ロボットが力を作用させる面以下，力の作用面には複数のロボットが存在する．しかし，力の
第 章 ロボット群の開発
作用面の面積は有限であるため，力の作用面に接触できるロボット数が制限されてしまう．そこ で，本研究では*と同色の/$-をロボットにも搭載することでこの問題を解決した．発光す るロボットを*と誤認識させることで，発光するロボットに対して力を作用させることが可能 になる．これにより，力の作用面に接触できるロボット数の制限がなくなる．
Front
45 ° 45 °
22.5 °
: Blue LED : Cds Front
45 ° 45 °
22.5 °
: Blue LED : Cds
9 ? 6#!/$- 0(0
Push switch Blue LED Cds Cds radius Blue LED radius
Center of the robot Push switch Blue LED Cds
Cds radius Blue LED radius
Center of the robot
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ロボットには青色/$-と(0がそれぞれ個ずつロボットの周囲に搭載されている9 ． しかし，両素子は互いに干渉し合う．そこで，9 ,に示すように，ロボット中心からの設置 半径とロボット正面からの角度にオフセットをかけることにより，両素子の干渉問題を解決した．
Front
45 ° 22.5 °
: Push switch Front
45 ° 22.5 °
Front
45 ° 22.5 °
: Push switch : Push switch
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本研究では，あえて衝突を発生させることでロボットに衝突対象の判別を行わせる．衝突検知
第 章 ロボット群の開発 用の素子として，"" 社製のプッシュ型スイッチ「5, +」を用いる．ロボットの周囲にこ のスイッチを計個等間隔に搭載し，つのダンパを用いて結合する9 ．本研究では，こ の装置を接触センサと呼ぶ．隣接する両スイッチが反応した場合，接触点は両スイッチの間にな る．スイッチの搭載個数は個なのに対して，隣接する両スイッチによる検知も考慮すると 分 解能を持つセンサになる．これにより，全方向の検知が可能になる．
ロボットは(0と接触センサを組合わせて使用することで衝突対象の判別を行う．本研究では，
*が発光しているのに対し，ロボットと壁は発光しない．したがって，ロボットは接触センサ により衝突の検知を行い，衝突対象が発光していれば*，発光していなければ他のロボットま たは壁と判定する．
第 章 ロボット群の開発
フェロモン放出機構
本節では，フェロモントレイル敷設を実現するための機構について説明する．本研究では，
榎本マイクロポンプ製作所製のマイクロポンプ「(1, F」流量： <L=と容積 <=
のポリプロピレンタンクを組合わせることでこの機構を実現した．デバイス間はシリコンチュー ブで接続されている．マイクロポンプは*F1で制御され，-)比を変更することで流量調整が 可能である．使用するマイクロポンプはダイヤフラムの往復によって，吸引・吐出を行う．しか し，-)比を低く設定し過ぎるとトルクが不足し，ポンプとして機能しなくなってしまう．また，
-)比を低く設定するとダイヤフラムの往復速度が低下し，フェロモントレイルが不連続になる 問題が発生する．したがって，*F1制御だけでは流量調整に限界が生じる．エタノールの放出 量は，その揮発時間に影響を及ぼすので，群れの振る舞いにも影響が出る．
Ethanol tank Micro pump
First pressure drag Second pressure drag Third pressure drag Ethanol flow
PWM control
Ethanol tank Micro pump
First pressure drag Second pressure drag Third pressure drag Ethanol flow
PWM control
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そこで，本研究では9 に示すように，エタノールの進路に圧力抵抗#)0 を設 置することでこの問題に対処した．圧力抵抗を設置することで，エタノールの流速が低下し，そ の結果，流量が低下する．本研究では，デバイス間を接続するシリコンチューブを部分的に潰す ことで圧力抵抗を実現している．これにより，流量を<L=まで減少させることができる．
第 章 ロボット群の開発
全体構成
本節では，ロボットの全体の構成について説明する． 節で説明したように，ロボットにはフェ ロモン・センサ，センサ，受光素子・接触センサが搭載されている．また，節で説明した ように，フェロモン放出機構が搭載されている．本節では，それらのセンサ・ポンプ・回路など の配置について述べる．
ハードウェア構成
Nest sensor (IR phototransistor)
Micro pump
for laying down pheromone Ethanol tank
Alcohol sensor
Internal state transmitter
DC Motor & magnetic encoder Touch sensor
& LED – Cds unit
Nest sensor (IR phototransistor)
Micro pump
for laying down pheromone Ethanol tank
Alcohol sensor
Internal state transmitter
DC Motor & magnetic encoder Touch sensor
& LED – Cds unit
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9 は開発したロボット.63 である．開発したロボットの仕様は以下の通りである；
ボディ直径? <=，高さ? <=，重量? <"=，移動速度? <L=．電源には,1Aバッテ リー+ を使用する．予備実験の結果， 分間の連続運転が可能であった．バッテ リーはロボットの中心に縦置きで搭載されている．ロボットは大きく分けてつの層から構成さ れ，各層はスペーサで支持される．以下で各層について説明する．
第 層には，キャノンプレシジョン社製の-(モーター「-」磁気式エンコーダを搭載 で構成される駆動部，アルコールセンサ，フェロモン吐出口が搭載されている．モーターは左右 独立に*F1制御し，それぞれの回転数はエンコーダーで監視されている．エンコーダーによっ て回転数を監視することで，ロボットは物体運搬の可否を知覚する
ことが可能になる．9
にロボットの底面第 層の裏側の概略図を示す．正面からそれぞれ Æの位置にアルコール
第 章 ロボット群の開発
センサを配置した．これにより，フェロモントレイルの蛇行追従が可能になる．フェロモン吐出 口は，アルコールセンサの誤検出を防ぐためにロボット後方に配置した．
第層には，ロボットのシステム基板， 節で説明したセンサ基板，電源兼無線送信用基板の 計枚の基板が搭載されている．各基板をオスピンとメスソケットで接続し，配線数を削減した．
また，ロボットの を実験者が視覚的に理解するために，セグメント/$-を搭載した．
第層には，フェロモン放出機構のタンクとマイクロポンプが搭載されている．フェロモンの 吐出口は第 層に搭載されているので，第層から第 層までシリコンチューブによる配線を施 した．
第層には，センサが搭載されている．第層にはセンサの他には何も搭載していな い．重量の重いデバイスを下層部に配置し，かつ上層部への搭載物を減らすことで，転倒の可能 性を低減させている．
30 ° 30°
Front
Alcohol sensor
Caster
Pheromone release point 30 °
30°
Front
Alcohol sensor
Caster
Pheromone release point
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システム構成
9 に開発したシステムの構成を示す．本システムは， ，<+=の系統の電源で駆 動する．本研究では(#0)社製のマイクロコントローラー「*((P(」
以下，マイコンを用いてシステムの制御を行う．ロボットにはマイコンが計つ搭載されてい