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Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
第２回文理連携研究会
ロボカップ小型リーグのロボット技術 ーロボット技術と文理連携ー
fWing207
電気通信大学 電子工学科
中野研究室
fWing207チームのシステム紹介
発表者
電子工学科４年 加藤 祥治
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
アウトライン
はじめに
機構部 [ロボットの構成]
回路部 [モーター駆動回路とチャージ回路]
ビジョン [旧ビジョンシステム(Navi)]
おわりに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
はじめに
fWing207の主な活動場所 [電気通信大学 F棟207,407]
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
ロボットグループ
制御グループ
信号処理グループ
サッカーをする自律ロボットの研究，開発，設計，製造 Robocup Japan Open 2009 サッカー小型リーグ 出場
障害物を回避するロボットマニピュレータ ボックスの角でバランスをとるアクロボックス 任意の軌道を追従する車両ロボット
サッカーロボット
アクロボックス
ロボットマニピュレータ
車両ロボット
複素ウェーブレットパケット変換による異常信号の検出 ウェーブレット変換を用いたバーコード信号解析 ブラインド信号分離
中野研究室の紹介
はじめに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
はじめに
2008 Model [KOIDE]
2009 Model [SAKIYAMA]
2010 Model [KATO]
練習試合 出場予定 紹介するロボット
ロボットの紹介
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
アウトライン
はじめに
機構部 [ロボットの構成]
回路部 [モーター駆動回路とチャージ回路]
ビジョン [旧ビジョンシステム(Navi)]
おわりに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
ロボット構成
オムニホイール ギアボックス
ドリブル
シュート
モータ駆動回路
チャージ回路
バッテリー
コンデンサ
Armadilo-300 FPGA
バッテリーは、
eXtreme V2, Pro Power 30C(Thunder Power)
を使用。
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
機構部設計[2009]
2009Model[SAKIYAMA] の設計方針
モータ：Maxon RE-max 24 グラファイトブラシ 11watt
2008Model[KOIDE]でも使用
小型
シャーシ：材質をアルミに
安定性UP
より頑丈に
加工時間が長い
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
2009Model 改良点
ギアボックス よりシンプルかつコンパクトに
メンテナンス性UP
シュート
コイルの巻き数UP→威力大
バーを湾曲に→正確性UP
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
機構部設計[2010]
2010Model[KATO]の設計方針
• ブラシレスモータ（EC45Flat maxon）を採用
扁平のため実装密度向上
従来よりトルク出力が大きい
• はめ込み式部品の設計
剛性の強化
組み立てやすさ
• 最小機能ごとにユニット化
メンテナンス性の向上
ギアBOX
シャーシ ねじ
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
ギアボックス
オムニホイール
モータ スパーギア(48P84T)
平歯車(M0.5-20歯)
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Regulation 対策
20%ルール確認ボール ロボットサイズ確認ボックス
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
機構部製作工程
設計
• SolidWorks[3D CAD]を用いて部品設計
• モデルを作成し、データ上での干渉確認
試作
• MODELAを用いて部品を切削加工
• 部品を組み立て問題点を確認
再設計
• 3DCAD上での部品の再設計
• 加工工程の見直し（加工時間短縮の検討）
作成
• MODELAで切削加工
• 他の部品と共にロボット組み立て
機構部品のほとんどは手作り
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機構部製作風景
◆切削加工機
MDX-40A, MDX-20 (Roland DG)
MDX-40Aは回転軸ユニット付属
◆基板加工機
FP21T, Eleven T(MITS)
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
アウトライン
はじめに
機構部 [ロボットの構成]
回路部 [モーター駆動回路とチャージ回路]
ビジョン [旧ビジョンシステム(Navi)]
おわりに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
回路部設計指針
1. 無線通信に2.4GHz帯を避けたバンドが 使えること
2. 将来の拡張を考え、余裕を持った構成
3. 機能ごとに分割してメンテナンスを考慮
組み込みLinuxボード+FPGAを中心とした モジュール構成を採用
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
回路ブロック図
Armadillo-300
FPGA
モータ1 モータ4 ・・・
ジャイロセンサ
加速度センサ
ボールセンサ
電源監視PIC
Parallel Bus
CPLD(電圧変換)
RS232C
8-bit SPI
16-bit SPI
TCP,UDP/IP
16-bit SPI
電源部
センサ部
駆動部
通信部
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組み込みLinuxボードを使用する利点
• 無線LAN機器等の汎用ドライバを使用できる
• 高速な通信速度を得ることができる
• モータの電圧・電流等の情報を簡単に 保存できる
Armadillo-300 FPGAボード
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モータ駆動部の構成
• 4つのモータそれぞれをdsPICで制御する
• ArmadilloとdsPICはSPIで通信を行う
• dsPICではPID制御を行い、制御周期は10[ms]
Arm
adillo
コントローラ dsPIC30F4012
モータドライバ LMD18200T
ラインレシーバ SN75175
DC
モータ
電流
…
•PWM信号 •回転方向
•エンコーダ 信号
•回転速度（実際）
•電流値
•回転速度（指令）
•制御ON/OFF
（80[MHz]駆動）
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dsPICを使用する利点
• PWM, QEI(Quadrature Encoder Interface), SPI, UART, ADCなどの機能が内蔵されたモータ制御に特化したシリーズがあり、プログラミングが 容易に行える
• DSP機能により浮動小数点演算が高速に 行える（現在のプログラムでは未使用）
• 入手性が良く、安価である
• 書籍やインターネットに情報が豊富に存在する
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
モータ駆動部の構成
• 車輪ごとにコントローラが分かれているため 駆動のタイミングにわずかなずれが生じる
• 本年度はブラシレスモータ採用に伴い 回路を一新しdsPIC33FJ128MC804を使用する
2009 Model搭載の回路
dsPIC
モータドライバ
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チャージ回路
• 上:2009Model: 400[V] 940[uF]を充電
• 下:2010Model: 250[V] 4500[uF]を充電
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昇圧及び放電方式
• 昇圧チョッパ（インダクタ）により昇圧
• 放電に使用しているデバイス：
– 2009 Model > トライアック BTA24-600CW
• 600[V] 25[A] (パルス260[A])
– 2010 Model> パワーMOSFET IXFX180N25T
• 250[V] 180[A] (パルス500[A])
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アウトライン
はじめに
機構部 [ロボットの構成]
回路部 [モーター駆動回路とチャージ回路]
ビジョン [旧ビジョンシステム(Navi)]
おわりに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
2009年までのビジョンシステム
R : 0
G : 0
B : 255
画像データからそれぞれの色のRGB値をサンプル
k近傍法またはサポートベクターマシン
による学習でLUTを作成
LUTをもとに各マーカの位置を測定
マーカの検出
青と識別
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実際のシステム画像
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使用しているカメラ
～2008 2009～
S端子接続 IEEE1394接続
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アウトライン
はじめに
機構部 [ロボットの構成]
回路部 [モーター駆動回路とチャージ回路]
ビジョン [旧ビジョンシステム(Navi)]
おわりに
Nakano Laboratory, Department of Electronic Engineering, The University of Electro-Communications, 2010
おわりに
2009 Robo Cup Japan Openでは１勝もできなかったので、
2010 Robo Cup Japan Openでは、
１勝を目指して頑張ります! 【fWing207 2009-2010 Member】 Prof. Kazushi Nakano D1. Shu Hosokawa M2. Syouta Ogawa M2. Satoru Okuda M2. Akihide Suganuma M1. Satoko Sakiyama M1. Munefumi Nakata B4. Joji Kato B4. Kyohei Horimoto B3. Satoshi Shintaku