濱根研　armrobot

人間の環境と協調するロボット　（ハードウェア製作編）

周辺の人やモノを検知して、周辺環境と融合しながら同一作業を繰り返すロボット。ロボットが邪魔することなく、ロボットと周囲環境の両者のタクトタイム向上を図ることを目的としています。周囲の人にぶつかる、周囲の人がアームに触るといった事例を想定して、アーム自身の力制御を行うことによってロボットの安全を考慮します。本研究は、全方向移動の目標値軌道生成に加えて上部のアーム制御を行うため、系のエネルギーを考慮した高度な制御理論を開発する目的もあわせてもっています。

3DCADによる設計ロボットは水平2軸アームを持つ上部と３軸全方向移動ホイールを持つ下部からなります。アーム部および移動部には多数のモータとセンサ群からなります。一般には、それらすべてを制御するためには複数のマイコンが必要となります。しかし、ロボットの長時間駆動や省スペース化が図れれば、家庭などのロボットの使用環境が広がります。そこで、我々は設計段階において、多数のモータと多数のセンサをプログラム可能な論理デバイスであるＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)を利用して１つのマイコンで統合制御する省スペース化を図りました。

ロボットには、アーム駆動およびオムニホイルのために5台のモータとしてマクソン製DCコアレスモータを実装しています。それぞれのモータのために5台のエンコーダでモータ回転を検知し、5つの電流センサとアームの角速度を検知するためにジャイロセンサ×3個を搭載しています。これらにより、モータの電力一定制御による力制御及びアームに対する外力検知を行います。そのほか、移動部には障害物回避などを目的として、各種センサが搭載されています。以上のように、本ロボットは多数のセンサとモータからなり、１台のマイコンで統合制御する構成になっています。

CPLD + マイクロプロセッサ１つで実現する構成

　マクソン製コアレスモータ　5台
　エンコーダー5台
　ジャイロセンサ3台
　電流センサ5台
　12ビットＡＤコンバータ1台
　近接センサ3台
　初期位置設定用センサ2台
　触覚センサ1台
　そのほかセンサなど

CPLDには、パルス弁別回路、カウント回路、データセレクタ回路などを実装しています。さらなる省スペース化のために、我々はマイコンとＣＰＬＤを含む電子基板のガーバデータを作成して、オリジナル基板として実装します。

2007年度製作の機体部

部品の加工（上部アーム・下部オム二ホイル）

ＣＰＬＤを利用した構成

ロボット機体と部品は、３ＤＣＡＤで設計した図面から、ひとつひとつ金属加工を行っています。

ロボットアーム上部
全方向移動のロボット下部

2007年　最終デザイン
2007年　初回デザイン案

CPLD(Complex Programmable Logic Device)とはプログラム可能な複合論理デバイスのことを言います。ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)に分類されます。このほか、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Alley)があります。

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