ロボット教材の設計手順

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図 3-7 ロボット教材試作機

（2）倒立振子制御の検討 (a）ステップの傾きと偏差

本研究ではセンサに PSD を使用し，その値を操作量に反映させる． PSD，加速度セン サ，傾斜計を用いることもできる．データ例として左右の PSD と床までの距離を偏差 e とする．PSD の値は電圧であり 0～5V の間で出力される．

例として，2 つのセンサをステップに取り付け床までの距離を検出したとき，センサ の差分をグラフ化した．PSD L はステップ左側，PSD R はステップ右側に対して下向 きに取り付けたときのデータ例である．偏差 e は左右の差であり，この値をもとにモー タの回転数，回転方向の制御に使う．偏差 e がマイナスの場合，モータの回転を逆転さ せればよい．

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左右に取り付けた(図 3-15 参照)PSD の値から，この値の差を偏差 e として用いる．

偏差 e = PSD L 値 - PSD R 値

PSD の値は 0～5V を AD 変換し，0～512 として扱う．図 3-8 の縦軸は PSD の出力，

横軸は PSD の床までの距離を表す．

図 3-8 2 つの PSD データによる偏差ｅのイメージ

（b）センサの検討

センサには入手しやすさ，価格などを参考にアナログセンサを採用した．PSD の他，

加速度センサ，ジャイロセンサ，傾斜計を使用することも検討した．

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図 3-9 センサの外観（シャープ HP より）

図 3-10 センサ寸法（シャープ HP より）

図 3-11 センサ信号配置（シャープ HP より）

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図 3-12 センサ信号と検出距離（シャープ HP より）

(c)コンピュータとモータ制御の検討

生徒が授業で使用しているワンボードマイコン H8 を制御用コンピュータとして使 用する．モータ制御はシリアル通信で速度指令コマンドを送信し，モータドライバに 指令するタイプと，回転数指令用電圧端子に 0～5V の電圧をモータドライバに加える タイプがある．本研究では，試作機にはシリアル通信で制御するサーボランド社 Movo2，

生徒が製作した 2 号機には 0～5V の電圧で制御するオリエンタルモータ社 BLVD を採用 している．図 3-13，図 3-14 に外観を示す．

図 3-13 MOVO2（サーボランド HP より） 図 3-14 BLVD ドライバ（オリエンタルモータ HP より）

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（d）機械要素の検討

車輪の駆動部には，ベアリングを挿入している．滑らかな回転と制御プログラム通 りの動作を実現するためである．JIS 標準品 6007ZZ を使用した．

(e)制御プログラムの検討

授業で学習した C 言語を使って記述した．制御をきめ細かく行えること，工学系大 学でも使われている標準的な言語を使用した．制御プログラム開発には工業高校でも 利用率の高い統合開発環境 HEW を使用した．

（3）評価

センサデータに基づくアクチュエータの動作については，ロボットをテストベンチ に搭載して行った．その結果，偏差 e により速度制御，正転，逆転，停止，非常停止 の機能を構築できた．体重 60～70kg 程度の人が搭乗した状態で，約 1m/s で移動でき ることを確認した．

（4）まとめ

搭乗型移動ロボット本体（台車の部分）

・動力は DC サーボモータ 120W モータ×2

・減速比 1:50，出力軸回転数 60rpm，最大速度 1.08m/s ・質量 35kg

・制御用マイコンに H8 を使用 ・タイヤは 10inch

・電源は DC24V

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