はじめに 機親会学生会の展示 並びにこの冊子 歯車 を手にとって頂き誠にありがとうございます 現在 機親会は大きく分けて2つの班で構成され 様々な大きさや形状 動作のロボットを設計製作 プログラミング制御し大会などにより設定された目標の達成を目指すロボット班と 手作りの車両を様々な燃料で走行させ そ

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はじめに

機親会学生会の展示、並びにこの冊子「歯車」を手にとって頂き誠にありがとうございます。

現在、機親会は大きく分けて２つの班で構成され、様々な大きさや形状、動作のロボットを設計 製作、プログラミング制御し大会などにより設定された目標の達成を目指すロボット班と、手作りの 車両を様々な燃料で走行させ、その燃費を競うレースなどに出場している車体班とがそれぞれの 場で活動しています。

毎年機親会から発行している本冊子では、今年度参加した大会にあたり制作したものやその結 果を通し、我々の日々の活動や創り上げてきたものを見ていただくことで皆様にモノづくりに興味 を持っていただければと思います。

最後まで読んでいただければ幸いです。

平成２８年度 １０月 機親会学生会 本誌編集担当 西川 亮

機親会学生会とは

機親会の発足は 1992 年、当時機械工学科 3 年生だった学生 4 名が「ホンダエコノパワ ー」に出場するための車両製作場所として、鋳造研の実験室を使いたいと先生に申し出た ことが発端となります。前期の放課後と夏休みを利用して車両を作製し、学生の手に負え ない部分は先生方にサポートして頂き、9 月に行われた大会に参加しました。

この出来事をきっかけとして、今後継続的に課外活動を行うことを先生方は考え、教員 会議にて機械工学科の学科研究会を復活させる意向を発表し、協力を呼びかけ、現在の機 親会に至りました。翌年からロボット相撲・ソーラーバイシクル・バッテリーカー・ソー ラーカーなど学生が参加したいと思った大会に出るため学生主体で活動を行い、手に負え ない部分は先生方にサポートを頂くというスタイルで今も活動を行っています。

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目次

参加大会 P.3

車体班 P.4～

ロボット班 P.8～

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今年度参加した大会

車体班

本田宗一郎杯 Honda エコ マイチャレンジ URL：http://www.honda.co.jp/Racing/emc/

ロボット班

Ｆ

ＲＣ

URL：http://f3contest.web.fc2.com/index.html/

川崎ロボット競技大会

URL: http://www.kawasaki-net.ne.jp/robo/

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車体班活動報告

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・ 大会概要

この大会はいわゆる自動車レースなのですが、競うものは「速さ」ではなく「燃費」です。制限時間 内であれば、できるだけ遅く走ったほうが有利なので、遅く走る競技とも言えます。

大会はもてぎ大会（平成 28 年 6 月 25 日）と全国大会（平成 28 年 10 月 1・2 日）の両方に参 加しました。場所はともに栃木県にあるサーキット「ツインリンクもてぎ」です。コースはもてぎ大会が西 コース、全国大会がスーパースピードウェイ（いわゆる長円形の「オーバルコース」）です。西コースは、

勾配が大きく、坂の途中に S 字カーブがあるなど、非常にテクニカルなコースです。

燃費の測定方法は、当日の気温と走行前後のガソリン質量より使用したガソリンの体積（リットル）

がわかります。コースの長さは決められていることから、燃費（Km/リットル）が計算される仕組みで す。

・Honda 製 50 ㏄エンジン（主にスーパーカブのエンジン）を使用し、車両を自作して参加するグルー

・市販の 50 ㏄二輪車を用いて参加するグループ

大会には大きく分けて以上の二つがあります。機親会では前者の車両を自作するグループのうち“大 学・短大・専門・高専学校生グループ”に参加しました

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・ 車両について

もてぎ大会では旧車体を使用し、全国大会では新車体を使用しました。新車体の作成に は、設計計画を含めて 1 年以上かかりました。フレームの材料には丈夫で安全という面か ら鉄を使用しました。鉄の溶接は未経験者がほとんどだったので苦労しましたが、練習を 何度も繰り返すことでフレームを完成させることができました。

カウルの素材にはカネライトを使用し、加工したカネライトの板を何枚も重ねることで、

立体的なカウルを作りました。もちろん重ねるだけでは表面が凸凹のままですので、紙や すりで表面を滑らかにしました。車体にカウルを被せると、車体自身とドライバーの重量 による車体の歪みにより、タイヤや車体がカウルと接触しているところがありました。改 善のために行ったカウルの内側の加工に時間がかかり、全国大会当日まで作業することと なりました。

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・ 大会記録

・もてぎ大会：231.403km/L（クラス 15 台中 8 位）

・全国大会：リタイヤ(クラス 77 台)

・ 全国大会の感想

今回の車体はフルカウルで新しい車体ということで、制作には試行錯誤しました。特にカウルの制 作には予定よりも時間がかかり、完成したのは全国大会当日の練習走行の後でした。一日目の練 習走行ではカウルなしで走行しましたが、空気圧のトラブルによりほとんど走れずに終わり、本番走 行では十分にコースに慣れずに挑みました。結果は、やはり空気圧のトラブルにより、リタイヤという 形で終了しました。また、ドライバーによるとカウルがタイヤを擦っていたところと、カウルの固定が甘 かった点が運転してみて気になったようです。今回が成功かはともかくとしてカウルを初めて付ける という試みには、多くの情報を得られたのではないかと思います。次のフルカウルの作成にはこの経 験を活かしてせればと思います。

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ロボット班活動報告

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学内ロボコン

・学内ロボコンとは

学内ロボコンとはその年に入学した新入生にロボット製作の技術やチームワーク、計画性な どを学んでもらうための大会となっています。この大会で培った技術などを使い９月に 開催される F³RC に向けてロボット製作を行ってもらうために今年度も開催させていただ きました。今年は A チームから C チームの３つの班に分けて開催しました。

・ルール

フィールドの大きさは 3600mm×3600mm としてその中に各チーム用の２つの「スタート ゾーン」と「回収ゾーン」を設けている。

各チームはフィールド内の 100mm 立法のオブジェクトを回収ゾーンまでロボットで運 ぶ。その時の得点はオブジェクト一つにつき１点となっている。また回収ゾーン内で積 み上げることで２段目以降オブジェクトを一つ積み上げるごとに２点得点が入るように なっている。

一試合の制限時間を３分とし、各チーム総当たりを行い得点が最も高いチームの優勝 となる。

・フィールド図

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・結果

試合の結果は以下の表の通りになった。

A B C

A ●-○ ●-○

B ○-● ●-○

C ○-● ○-●

１位 C チーム

２位 B チーム

３位 A チーム

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学内ロボコン報告書

A チーム

（チームメンバー：松浦響、和田聡太、友吉巧久誠、清水雅斗、市原智哉）

【目的】

新入生の技術向上と

F

RC に向けてのロボット制作の練習として行われた。

【ロボットの仕様】

今回の競技内容は、100mm×100mm の立方体を自陣まで 回収し、個数に応じた得点により勝敗が決まるというものだった。

また、立方体を積めば積むほど追加点が入るので、より高く積め るような機構を考えた。

積み方は、2 段積んであるものの下の段だけ掴み、別の立方体 に乗せるという方法で、同様に 3 段、4 段と考えて設計を行っ た。設計で、つり上げ式に決まったのは良いが、フォークリフトや ガイドレールのような方法だと、時間が足りなそうだったので、フ ックレールというような部品を使いアームがついた板をワイヤー で巻き上げて持ち上げるという方法をとった。アームのついた板 に金具を取り付け、柱に通すことで安定して上下に動かすこと ができた。また、機構の部分の板に木材を使用したり、ロボットの 土台の余りをコントローラに使ったりすることで出費を抑えること ができた。

【結果】

A 班は全敗した。

【反省点】

まず最も大きな反省点としてはギアのパワーが足りず機体が動かない事態になってしまったことで ある。木材や重い金具を使ったために機体の重量が重くなったことを考えギアを早々に変えること を考えるべきだった。急ごしらえでパーツを取り換えたために運動性能が悪くなったりタイヤ位置ず れや配線が狂ったせいで操作がうまくいかなかったりと失敗だらけであった。

また予定が合い辛くうまく連携が取れていなかったことも時間と考察が足りなくなった要因の一つと もいえる。無理にでも連携を取るべきだったと思う。

【感想】

組み立てていると設計図通りにはいかないものの、当初の予定していた動作を満たしていくのは感 動しました。また、設計図通りにいかなかった部分はその場で違う構造に組み立て、最終的にはより まとまった状態にすることができました。しかし、材料の厚さや長さを加味してなかったため、組み立 てるとネジの先端が突き出て危なかったり、急遽寸法が合わない事に気付き直したり、配線を考え てなかったため、配線が多くなったり、配線のミスが起きたりと初めて一から作るというのを経験した からか失敗も多かったですが、組み立てを通して、設計段階で何を考えればいいのか、素材を決め る段階で何を考えればいいのかを知ることができました。今回失敗したことや実際に機体を作って 感じた事を

F

RC に生かせればよいと思いました。

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学内ロボコン報告書

B チーム

【ロボットの仕様】

まず大前提としてミッションをリタイアせずにクリアすることにした。そのため、二段に積むことを意 識しすぎると失敗につながるリスクがあると考えた。チーム人数も 3 人という少数で時間も手間もか けられなかったので一つ一つオブジェクトをとれるような構造にした。具体的な仕様としては、全体 像をほぼ立方体にすることやモータをトルクのあるものに変えることで速度、旋回性能がずば抜け て突出するようになった。その結果即効性や相手の妨害、自分サイドの防衛を得意とした機体にな った。

問題点としては、機体が軽すぎてグリップ力に機体が負けてしまいはずんでしまったことや有線にし たため速度に手が追い付いていかなかったりした。改善としては、機体重量を増加させることですべ て解決できると考えられる。

【結果】

C 班には負けてしまいましたが、A 班には勝つことができ 1 勝 1 敗で 3 チーム中 2 位だった。

【反省点】

大きな反省点としては、ロボット製作が初めてだったために設計に時間をかけすぎてしまいロボット の完成がぎりぎりになってしまった。そのため、はじめはオブジェクトを持ち上げて積み上げるような仕 組みも考えていたがあきらめてしまった。

また、完成した機体については、機体のねじの締め方が甘かったために競技中にねじがはずれ、ま たギアボックスのねじの締めも甘かったためにアームが動かなくなってしまうことがあった。

【感想】

私たちの班は作業が開催日前日まで機体の製作に追われていました。何とか、前日には完成さ せることができ本番を迎えることができました。ぎりぎりで作った機体だけあり、本番では問題が多く ありました。一回やるたびにねじが外れ、有線だったので線が引っかかり、走らせると機体がガタガタ と震えました。

今回の最大の失敗は機体製作をぎりぎりまで残してしまったからだと感じます。この失敗を次の機 会に生かしたいです。

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学内ロボコン報告書

C チーム

【ロボットの仕様】

今回の学内ロボコンはフィールド上に複数個置かれた一辺が 100 mm の立方体のオブジェクトを 回収し、指定された場所まで運び、回収したオブジェクトの個数によって勝敗が決まるというルール でした。

私達の班は、オブジェクトを積み上げると更に得点が加算されるというルールに注目し、オブジェク トを一個ずつ安定して積めるような機体をコンセプトに製作をしました。メンバーと話し合う中で、オ ブジェクトを持ち上げる為の機構の案が複数出ましたが、真上に持ち上げることができるフォークリフ ト式を採用しました。

アームはサーボモータで開閉するようにし、オブジェクトを複数個積んだ状態で持ち上げても崩れ ないようにプラスチックの棒でガイドを作成しました。

制御部分には Arduino マイコンを使用し、無線コントローラを使用して機体を操作できるようにしま した。

【反省点】

メンバーによって技術レベルに差があり、仕事の量が偏ってしまいました。メンバーの仕事の分担の 仕方と技術力の向上が今後の課題だと思いました。

【感想】

構想していたものに近い機体を作成することが出来たと感じています。大きなトラブルもなく動いてく れたので安心しました。複数人でロボットを製作する流れが大体把握できたのでこの経験を F³RC で も役立てていきたいです。

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F ³ RC 報告書

電気電子工学科１年 五十嵐碧

・F

RC とは

複数の大学の学生で運営開催している新入生を対象としたロボットコンテストで、ロボコンに必要 な創造性や技術を磨くと共に、ロボット製作の楽しさを体感し技術の向上を目指すのが目的となっ ています。

・ルール説明

今年はインクを塗って陣取り合戦をする某ゲームをモチーフとした「スプロボトゥーン」がルールでし た。

制限時間は 3 分で、自動ロボットゾーンにある 100mm×100mm×100mm の立方体の「インクオ ブジェクト」を回収し、手動ロボットゾーンにある「ナワバリゾーン」にインクオブジェクトを置いて自分 の陣地を拡大させていきます。

回収したインクオブジェクトの数、支配した陣地の数、積んだオブジェクトの段数などによってポイン トが加算され、得点が高いチームが勝利となります。

また、自チーム側のナワバリゾーンからオブジェクトを置いて陣地を拡大させていき、相手チーム に一番近いナワバリゾーンまで陣地を広げると、「V ゴール」と呼ばれる状態になり、その時点で勝 利が確定します。

図 1 フィールドの斜視図

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図 2 ゾーン区分

・ルールの補足

・1 チームにつき自動、手動ロボットは 1 台ずつ

・自動ロボットはスタートゾーンからの発進時以外は外部からの操作を一切してはいけない

・ロボットの大きさはスタート時に 300mm×300mm×300mm 以内、最大展開時で 500mm×

500mm×500mm 以内に収める必要がある

・各チームは試合開始時にインクオブジェクトを 3 つ支給される

・ロボットの紹介

・手動ロボット

自動ロボットが回収したインクオブジェクトをナワバリゾーンへ運ぶロボットです。

新入生ロボコンで作成したチーム C の機体を改良し制作しました。

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▲手動ロボット

・主な変更点

・モータ電源を 7.2V に上げて移動速度の向上

・アーム上部と後部にガイドを取り付け、複数のオブジェクトを安定して保持できるように

・プログラムの修正 などを行いました。

・自動ロボット

スタートスイッチを押した後は全て自律的に動作するロボットです。

・機体説明

私たちは多くのオブジェクトをまとめて回収しようと考え、箱型の機体を制作しました。また、容積を 増やすために機体前方へフレームを伸ばす機構を制作しました。

またモータはタミヤのギヤードモータを使用しました。

マイコンは「STM32 Nucleo Board」を使用しました。Arduino より安価でピン数も多く mbed のオンラ

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イン開発環境を使用できるのが特徴です。

モータを制御するモータードライバ IC には TA8429HQ を使用しました。また、何かしらのアクシデ ントでマイコンに大電流が流れて破壊することが無いようにフォトカプラを使用して電気的に絶縁し ています。

フィールドの格子状のラインを検知してトレースするためのセンサとしてフォトリフレクタを 6 つ使用 しています。

・結果

4 チームを 1 グループとし、グループ内の総当たり戦で予選を行いました。

自動ロボットが上手くライントレースできず、スタート時に所持していた 3 つのインクオブジェクトで しか得点を稼ぐことができず、一度も勝利できないまま予選敗退となってしまいました。

・考察

このような結果になってしまった最大の原因として、自動ロボットが動くようになるまでに時間がかか りすぎた結果、実際に動かして調整する時間があまり取れなかったことが考えられます。またモータ の選定が間違っていたり構造上ライントレースを行うためのセンサが車体の後ろの方に付けざるを得 なくなってしまい結果として車体の制御が難しくなってしまったりと動かしてみないと分からないことが 多くありました。

また、他大学のロボットの傾向として、自動ロボットが昨年は大型だったのに対して今年はコンパク トな機体が多く見られました。これは昨年と比べてフィールドの面積が小さくなり、オブジェクトが密集 していたため小型のほうが確実に回収できるなどの利点が考えられます。またライントレースではなく ステッピングモーターやロータリーエンコーダを使用して初めから進む距離と経路をマイコンに記憶 させて確実にオブジェクトを回収しているチームもありました。

・おわりに

ロボットを制作した経験のあるメンバーが僅かでほぼ手探りでのロボット制作でしたが、実際の制 作と他大学のロボットから得た知識、知見がたくさんあるので、それらを今後の大会や来年の新入 生に継承できるようにしたいと思いました。

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川崎ロボット競技大会

機械システム工学科 2 年 服部太亮

・大会概要

川崎ロボット競技大会(かわロボ)とは、年に 1 回開催されるロボット競技大会です。高校生以上 が参加するバトルロボット競技の他、小中学生が参加する Jr.ロボット部門が開催されています。この 競技の勝敗を決めるルールは以下のようになります。

・審判の「ダウン」が宣言されてから、10 カウント以内に走行可能な状態に復帰出来なければ倒 されたと判断される。

・相手ロボットにも「ダウン」が宣言され、10 カウント以内に走行可能な状態に復帰出来なければ 倒されたと判断される。先にダウンしたロボットの計測は個別に引き続き行われる。

・場外落下時にダウンしたロボットのカウントが継続中であれば、落下したロボットが倒されたと判 断される。

予選においては 1 ラウンド内、決勝においては 3 ラウンド内に勝敗が決まらないときは、延長戦を 行い、先に 1 本取った者を勝ちとなります。また、延長戦を行っても勝敗が決まらない場合は、コイン トスによって勝敗を決めることになっています。

また、ロボットを製作するにあたって次のルールに準じていなくてはなりません。

・ロボットの外形は、幅 250mm、奥行き 350mm、高さ 700mm の四角形の空間内に競技開始姿勢 で停止したまま収まる機体

・ロボットの質量は、試合時の状態で 3,300g 以内とする。

▲大会の様子

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機体名: 流風

・機体の概要

この機体の特徴は、真ん中に取り付けられている大きな板(シールド)です。これを用いて相手の 機体を持ち上げたり、ひっくり返して倒す機体になっています。動力源としてタミヤ 380 モータを足に 4 個、アームに 3 個搭載しています。足に 4 個搭載することによって、相手と押し合いになったとき にモータの力によって押し合いになっても勝負できるようになっています。足と足の間隔を狭めること によって小回りが利きやすくなっています。

・結果

8 月 19 日に行われた実機審査会(タイムで審査)では、13 秒 76 で 11 位通過、20 日の予選で は 1 回戦負け、敗者復活戦では接戦でしたが 1 回戦負けという結果になってしまいました。

・反省

反省点として、

① 練習時間が足りなった。

② アームが地面に接地せず、うまく相手に機体に潜り込まないと倒せない。

③ アームのモータの力不足 があげられる。

・今後の課題

改良する部分がたくさんあるので、できる機会があれば改良したい。

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戦車ラジコンの改造

電気電子工学科 3 年 江頭 駿哉

昨年、戦車ラジコンを購入し遊んでみたものの『物足りなさ』を強く感じた。そこで、機親 会として自分の持てる全ての技術をこのラジコンに注いでみれば、市販品にはないような 物が作れるのではないかと考えるに至った。この報告書では、実際に改造を施した戦車 ラジコンの製作過程や制御理論などについて説明する。

1. 目的

市販品の戦車型ラジコンに感じた物足りなさとは、具体的には『操作感』の悪さであ る。付属のプロポにはスティックが付いているが、傾けた角度に比例した出力ではなくオ ン・オフ制御に近いような操作感であり特に低速での制御が難しく感じた。そこで市販品 の制御回路をすべて取り除き、そこに自分の設計した回路を入れることで望み通りの制 御を行えるように改造することにした。また、プロポよりも扱いやすくするため、ゲームなど で皆が簡単に扱えるプレイステーション３のコントローラを用いて操作するようにした。操 作感の改善のためだけに中身をほぼ作り変えるのは勿体無く考えたので、それに加えジ ャイロ・加速度センサを内蔵させることにより、現代戦車のように砲身を一定方向に保つ ジャイロスタビライザーを実現することを目標に付け加えた。

2. 製作

このラジコンでは、制御回路とモータドライブ回路を主に製作した。Fig.1 は内部の 写真であり、奥側にある基板が制御回路。手前の緑色の基板がモータードライバであ る。制御回路では、マイコンに PIC16F1938 を用いて、駆動用モータ・砲塔用モータ・

ジャイロセンサ・主砲・Bluetooth モジュールなどをコントロールする役目を持たせている。

PS3 コントローラに対応するため、Bluetooth モジュール（SBDBT ランニングエレクトロニ クス製）に PS3 ファームウェアを書き込み、信号をマイコンで処理してコントローラ情報を 読み取っている。モータ制御には ECCP 機能を用いてコントローラの位置に基づいて任 意の PWM 信号を出しことができる。結果として従来よりも滑らかな動きを実現した。

Bluetooth モジュールには USART、ジャイロセンサには I2C を用いて通信を行っている。

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モータードライバにも制御回路と同じく PIC16F1938 が内蔵されており、制御回路から 受けた信号を変換してモータに出力している。このモータードライバは 2ch であり、合計 8 個の Nch-MOS-FET が実装されており、ゲートドライバ IC には IR2302 を用いた。電源 回路にはショットキーバリアダイオードを用いて電源電圧降下対策。また、入力ピンには プルダウン抵抗を用いてノイズの対策を行った。基板には榎本電子設計事務所の「ベタ ユニ」を用いた。このベタユニはレジストで保護されたベタパターンを両面に持っており、

カッター等で削って配線することで 4 層基板のように使うことができ、配線のコンパクト化 に繋がった。

Fig.2 はジャイロセンサの外観であり、センサは砲身後部に取り付けられている。ジャイロ センサから得られる値は角速度ωであるため、数値積分して回転角度θを求めた。数 値積分には台形法を用いた。ジャイロセンサはオフセットと温度特性を持っているため、

そのまま積分を行うと動いてもいないのに積分値が溜まってしまうため、静止時の平均値 と温度特性の一次近似式から補正を行った。また、内部のローパスフィルターを通してノ イズの低減を行った。砲塔の制御には、古典制御である PID 制御を用いた。PID パラメ

Fig.1 Inside of Tiger1

Fig.2 Appearance of gyro sensor

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ータの設定は、限界感度法を用い、PC へ送ったデータを Excel で処理して設定した。積 分ゲインは外乱が長時間続いた場合積分値が大きくなりすぎる場合があるので、プログ ラムで制限を行って対処した。

ハードウェアの主な改造として、スリップリングを取り付けることによる 360 度回転の実 現。レーザー照準機能の搭載。また、砲身の仰俯角、砲塔回転を従来のモータからサ ーボモータにすることで、静音性と制御性の向上に繋がった。

3. まとめ

全体のまとめとして、当初の目的であった「操作性の改善」「スタビライザー機能の実 装」はおおむね達成することができた。しかし、スタビライザー機能が 1 軸だけであること や、砲塔回転速度が超信地旋回速度に間に合わないなどの問題も浮上したのも事実 である。この製作ではロボットの基本であるモータの駆動とセンサによるフィードバック制 御を製作しながら深く学ぶことができた。特に制御については大学の講義で習ったことを 反映することができ、講義を楽しむきっかけになった。今後の製作としては、新たな戦車 ラジコンを購入したため、今回得た技術の他に画像処理なども導入してさらに高度なラ ジコンを作ってみたいと考えている。

Fig.3 Finished product