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[お掃除ロボ/バッカス] 第2話 ありのまま、今起こったことを評価するぜ!

センサたちとの戦い

こんにちは、バッカス です。
前回の [お掃除ロボ/バッカス] 第1話 我がロボットの仕様は世界一ィィィ!では製品のイメージや仕様を決めました。

この第2話ではロボットの核となるセンサの評価を行っていきたいと思います。
評価するセンサは以下のとおりです。

  • 超音波センサ
    距離:壁との距離を測れるか確認します。
    干渉:壁に対してどのくらいの角度まで反応するか確認します。

  • RGBセンサ
    色:色を検知できるか確認します。
    感度:赤、緑、青のそれぞれの感度を調整します。

  • フォトリフレクタ
    距離:出力をみて、地面からの距離を調整します。
    判別:センサが黒と白を区別できるか確認します。

  • 赤外線センサ
    距離:壁との距離を測れるか確認します。
    入射角:壁に対してどのくらいの角度まで反応するか確認します。

それにしても、去年の先輩方に比べてセンサの種類が多いです・・・。
長い戦いになる予感がビンビンします・・・。

ですが、これらのセンサはロボットの性能に直結するのでしっかりと評価していきます!
絶対に負けられない戦いがここにはあるんです!(いったい何に負けられないのでしょうか・・・。)

今回は超音波センサとRGBセンサについて詳しく説明していきます。

第1戦 VS 超音波センサ

1戦目の相手は超音波センサです。
超音波はテレビドラマのガリ○オでもトリックとして登場しました。
実に面白い!何だかとても強そうです!

超音波は壁までの距離を測ります。
今回の課題では壁に色がついているため、光を使うセンサには影響が生じてしまいます。
そのため、超音波の性能が良ければ側面の赤外線センサをすべて超音波センサに変えてやろうといました。

まずは壁との距離を測れるか、2つ並べて動作させても干渉しないかを確認します。
フィールドのサイズを、115cmの長さまで測定します。

2つの超音波センサを動作させた様子が下の写真になります。

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2つ並べて動作させた超音波センサ

概ね同じような距離が測定でき、干渉も見られませんでした。
ただ、誤差率は2~10%前後で規則性がなくバラバラで、距離によっては最大で1cm以上の誤差が生じてしまいました。
実際にロボットは動いて測定するので、この誤差は後々影響がでそうな予感がします。

次に壁に対して角度をつけて反応するか確認します。

すると・・・

測定距離の誤差がさらに大きくなりました・・・。
角度をつければつけるほど誤差が大きくなります。

超音波センサは想像よりも精度が悪いようです。
どうやら赤外線センサを超音波センサに変更することはなさそうですね。

ちなみに、赤外線センサはフィールドの黒い壁に対して極端に精度が悪かったです。
黒い壁に関しては超音波センサの精度が上でした!

第2戦 VS RGBセンサ

気を取り直して続いての相手はRGBセンサです。
RGBセンサはお題発表の際に、色検知の回路図が参照例として配られています(下図参照)。
この回路どおりに作ればいいので、RGBセンサとの決着は早そうです。

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RGBセンサの回路図

色検知できない!

まずは色が検知できるように感度最大で評価をしました。大は小を兼ねると言いますからね!
感度は後で調整すればよいのです。まずは、色を検知するのです!

しかし、実際に動かしてみるとなぜか色検知ができません。
回路図どおりに作ったはずなので、もしかしたら部品が壊れているのかも…。

そこで、同じようにRGBセンサの評価をしていた てんぜん の回路の部品と、私の回路の部品を取り換えて動作をさせました。
すると、てんぜんの回路ではきちんと動作し、私の回路はやはり動作しませんでした。
どうやら、回路に問題があるようです。

強敵の正体は「GND」

お互いのブレッドボードを見比べると、私のブレッドボードはGND(下図のマイナス部分)をつなげていませんでした。

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ブレッドボード

この強敵「GND」はHW(ハードウェア)製作の半田付けでも私を苦しめました。
それは、電源ラインの電池とGNDラインを間違えてショートさせていたのです!
何て奴だ!(完全に私の確認不足ですが・・・。)

もし、もっと大きな電流を流せる電源ラインだったら大変なことになっていたかもしれません・・・。
みなさん、GNDはきちんと確認しましょう!

その後、27~47kΩの抵抗値を試して感度の調整を行い、RGBセンサの評価は終わりました。

いやー、かなりの苦戦を強いられましたね。

ちなみに、色を検知したときの色の組合せは以下のようになります。
それぞれ対応した色のLEDが点灯し、中間色の黄色は赤と緑のLEDが、水色は緑と青のLEDが、白色は全てのLEDが点灯します。

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色検知の組合せ

ブロック図

作成したブロック図は以下のとおりです。

電源

7.5Vの電源電圧をレギュレーターを使用して5Vと3.3Vに降圧させます。モータを動作させるために7.5Vとは別に3.6Vの電源電圧を用意します。

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電源系統のブロック図

動作させる仕組み

フォトリフレクタとRGBセンサはCPLDを介してマイコンに、超音波センサと赤外線センサは直接マイコンに入力します。そして、それぞれに対応するモータとLEDを制御します。

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動作させる仕組みのブロック図

最後に

初めてのことに頭を悩まされたり、確認不足によるミスがあったり紆余曲折がありましたが、無事に設計が終わりました。

いよいよ、HW製作に入り、半田ごてを使って実際に手を動かしていきます!

次回は、[お掃除ロボ/バッカス] 第3話 ふるえるぞハード!燃えつきるほどヒート!です。乞うご期待!

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