Embed Size (px)
Citation preview
平成 27年度 機械システム基礎実験 実験テーマ 2
移動ロボットの運動制御
担当：佐藤
1. 実験目的
本実験では、倒立振子運動を制御しながら自律移動が可能なロボットを利用して、ロボットの運動
制御の基礎を体験する。また、センサ、アクチュエータ、制御装置などからなるロボットシステム
の要素技術やその構成、PID 制御則による運動制御を学び、ロボットの基本動作原理を理解する。
2. ロボットシステム
本実験ではVstone 社製 Beauto Balancer Duo（ビュートバランサーデュオ）を利用する。このロ
ボットは独立 2輪の移動ロボットであり、倒立振子運動を制御しながら自律移動が可能である。シ
ステム制御には、ルネサス エレクトロニクス社製のH8/36064 マイコンが使用されており、フォト
ダイオードを利用したエンコーダで車輪の位置情報を、また、ジャイロセンサによりロボット本体
の傾斜角度情報を実時間に計測しながら、二つのアクチュエータ（RA130 モータ）をフィードバッ
ク制御することにより、自律移動を実現する。具体的には、次の制御式に従った PID 制御則によ
り、倒立振子運動を制御する。
E E G G GP D P D I 0
( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )
Tds t d tu t K s t K K t K K t dt
dt dt
qq q= + + + + ò
ここで、 ( )u t はモータへの指令値、 ( )s t は、各車輪の目標回転角度とエンコーダにより計測される
現在回転角度との偏差、 ( )ds t
dtは、各車輪の目標回転速度とエンコーダから得られた角度を数値微
分することにより算出された現在回転速度との偏差、EP
K 、ED
K は、車輪に関する二つの制御量の
比例（Proportional）ゲインと微分（Differential）ゲインを表し、 ( )tq は、本体の目標傾斜角度と
ジャイロセンサから得られた角速度を積分することにより求められる本体の現在傾斜角度との偏
差、 ( )d t
dt
q は、本体の目標傾斜角速度とジャイロセンサから得られる本体の現在傾斜角速度との偏
差、0( )
T
t dtqò は、本体の目標傾斜角度と現在傾斜角度との偏差 ( )tq の制御開始時（ 0t = ）から
現在の制御時間（t T= ）までの積分値であり、GP
K 、GD
K 、GI
K はそれぞれ、本体の姿勢に関す
る三つの制御量の比例、微分、積分（Integral）ゲインを表す。
本実験において利用する移動ロボットBeauto Balancer Duo には、この制御則を実現するプログラ
ムがすでに組み込まれており、これらのパラメータは専用のソフトウェアを利用することで調整可
能である。Beauto Balancer Duo の簡単な取り扱いの説明と、専用ソフトウェアであるBalancer
Duo プログラマの利用方法については、本実験テキストの最後に資料を添付したのでそれらを参考
にすること。また、詳細については以下のURLを参照しなさい。
[1] Beauto Balancer Duo ビュートバランサーデュオ
http://www.vstone.co.jp/products/beauto_balancer_duo/index.html
[2] ルネサス エレクトロニクス H8/36064
http://japan.renesas.com/products/mpumcu/h8/h8300h_tiny/h836064/index.jsp
[3] 須田信英，PID 制御，朝倉書店，ISBN：9784254209662
3. 実験内容
事前課題：ロボットシステムを構成する要素技術の理解
実験の事前課題として、利用するロボットシステムの以下の要素技術について調べなさい。
① ジャイロセンサ、エンコーダ、フォトダイオードの三つのセンサについて、その原理、
データ取得方法などを調べなさい。
② 本実験テキストの最後にBeauto Balancer Duo のロボット制御システムの回路図を添付
した。その中の重要な要素である組み込みコンピュータH8 と、二つの IC、CP2102 およ
びTB6552FNについて調べなさい。
実験 1：PID 制御のゲイン変更によるロボットの倒立振子運動の変化
ロボットに組み込まれた制御プログラムと GUI を利用して、PID 制御則の各ゲインを変化させ、
以下の三つの課題に従って、ロボットの運動の変化を観察し、その際のデータを記録する。
課題 1：ロボット本体の姿勢に関する三つのゲインを変化させ、それらゲインの変化とロボット
本体の姿勢変化との関係を考察しなさい。
課題 2：車輪に関する二つのゲインを変化させ、それらゲインの変化とロボット本体の運動変化
との関係を考察しなさい。
課題 3：ロボット本体の姿勢と車輪に関する五つのゲインをすべて調整しながら、ロボット全体
の挙動を観察し、もっとも姿勢が維持できる五つのゲインの値を決定しなさい。また、
その五つのゲインの値と、ジャイロセンサおよびエンコーダから得られるその状態にお
けるロボット本体の角度、角速度、角加速度、車輪の位置、速度、制御出力のそれぞれ
の値を一定時間（15 秒程度）計測し、その出力結果をグラフで示しなさい。
実験 2：ライントレースを利用したロボットによる周回コースの走破
ロボットに組み込まれた制御プログラムと GUI を利用して、ライントレースセンサの感度ゲイン
とライントレースの移動速度を調整し、与えられた周回コースをロボットに一周させ、その走行時
間を競い、完走した際の最速の周回時間を記録しなさい。また、その際に使用したライントレース
センサの感度ゲインとライントレースの移動速度を示し、周回コースを完走するためにどのような
調整や工夫が必要であったかを考察しなさい。
【実験レポートの作成上の注意点】
レポート作成の際には、次の注意点を守ること。
1 本実験のレポートの構成は、実験目的、ロボットシステム、実験 1（実験方法・条件、実験結
果、考察）、実験 2（実験 1と同様）、実験のまとめ、参考文献の 7項目とする。そのほかにつ
いては、機械システム基礎実験の第 1回目に講義を受けたレポート作成の注意点に従う。
2 実験の理論に当たるロボットシステムは、次の①と②の内容を基にまとめる。③と④の内容に
ついては上級の課題とし、興味を持って取り組み、適切な内容であれば高い評価を与える。
① 事前課題で調査するジャイロセンサ、エンコーダ、フォトダイオードの三つのセンサ
と、組み込みコンピュータH8、CP2102、TB6552FN の詳細を示す。
② 添付された基板回路図などを参考に、ロボットシステムの構成図を分かりやすく示す。
③ 前述のBeauto Balancer Duo の web サイトから、C言語統合開発環境HEWを利用して
Beauto Balancer Duo を制御可能な C言語のサンプルソース一式をダウンロードし、ロ
ボットの制御プログラムがどのように構成されているかを、フローチャートを用いて説
明する。特にmain.c と 2wheels.c の二つのプログラムが重要であり、それらを基にして
Beauto Balancer Duo の動作原理や制御方法を説明すると良い。なお、フローチャートの
作成には、プログラミング基礎の講義資料や C言語の参考書などを参照すること。
④ Beauto Balancer Duo に搭載されている各センサの分解能、センサおよびロボットを制御
するプログラムのサンプリング周期などを調べる。これを知るためには③のプログラム
を参考にすると良い。また、マニュアル操作用のコントローラとの通信方式である
Bluetooth や A/D変換、PWM制御などの技術内容についても調べる。
3 それぞれの実験について、利用した実験システム、課題ごとの実験の方法、設定した条件、実
験の結果、自身の考察をまとめる。実験システムや実験方法・条件についてまとめる際には、
他人が同じ実験を再度行うことができるかどうかを考慮して内容をまとめなさい。また、GUI
ソフトウェアである Beauto Blancer Duo プログラマの機能についても必要な部分をまとめる
と良い。
4 結果をまとめる際、左右の車輪の各データに関しては重ねて示しても良いが、それ以外のデー
タのついては分かりにくくなるため、データを重ねたグラフ表示はしないこと。
5 実験レポートは手書きでもコンピュータを利用してもどちらでも構わないが、丁寧かつ美しい
ものを提出すること。汚い、読みにくいレポートは内容が良かったとしても評価が低くなる。
また、コンピュータを利用した場合は、より内容を重視して実験レポートを評価する。
6 実験レポートの表紙は、本テキストに添付されたものを各自で印刷して利用すること。
倒立
振子
学習
用教
材
「ビ
ュー
ト・
バラ
ンサ
ー・
デュ
オ」
取扱
説明
書
お買
い上
げい
ただ
き、
あり
がと
うご
ざい
ます
。
ご使
用に
なる
前に
、こ
の「
取扱
説明
書」
をよ
くお
読み
いた
だき
安全
にお
使い
くだ
さい
。
内容
●ロ
ボッ
ト本
体×
１
●取
扱説
明書
（本
書）×
１
●本
体保
護用
スポ
ンジ
×２
●
電池
ボッ
クス
保護
用ス
ポン
ジ×
２
警告
下記
の注
意を
守ら
ない
と火
災火
災火
災火
災、 、、、
感電
感電
感電
感電
によ
る大 大大大
けが
けが
けが
けが
の原
因と
なり
ます
。
注意
下記
の注
意を
守ら
ない
とけ
がけ
がけ
がけ
がを
した
り周
辺の家
財家
財家
財家
財に損
害損
害損
害損
害を
与え
たり
する
こと
があ
りま
す。
● 分
解し
ない
。
● 湿
気や
埃の
多い
場所
や、
油煙
や湯
気の
あた
る場
所に
は置
かな
い
● 内
部に
水や
異物
をい
れな
い
● 異
常を
感じ
たら
すぐ
に使
用を
中止
する
● 電
源が
入っ
た状
態で
放置
しな
い
● 不
安定
な場
所に
置か
ない
。
● 用
事の
手の
届か
ない
とこ
ろに
置く。
● 床
に放
置し
ない
。
● ぬ
れた
手で
触ら
ない
。
● 上
にも
のを
乗せ
ない
でくだ
さい
。 ● ●●●
使用
上使
用上
使用
上使
用上
の ののの注
意注
意注
意注
意● ●●●
● 水
にぬ
らさ
ない
でくだ
さい
。
● 高
温多
湿、
直射
日光
の当
たる
場所
に放
置し
ない
でくだ
さい
。（5
～35℃
の範
囲で
ご使
用くだ
さい
）
● 各
取扱
説明
書な
どで
指示
のな
い限
り、
分解
、改
造を
おこ
なわ
ない
でくだ
さい
。
● 静
電気
を避
け、
曲げ
たり
、投
げた
り、
落と
した
りな
ど強
い衝
撃を
与え
ない
でくだ
さい
。
● 基
板上
の部
品、
端子
など
を直
接手
で触
った
りし
ない
でくだ
さい
。
● 基
板上
の部
品、
端子
など
に導
電性
の物
質を
触れ
ない
よう
にし
てくだ
さい
。
● ベ
ンジ
ン、
シン
ナー
など
の薬
物で
のお
手入
れは
行わ
ない
でくだ
さい
。
● 動
作時
は必
ず保
護用
スポ
ンジ
を取
り付
けた
状態
で動
作さ
せて
くだ
さい
。
● 本
製品
は学
習用
教材
とい
う性
質上
、開
封後
、一
度で
も正
常な
動作
が確
認で
きた
場合
、そ
の後
の
部品
の破
損、
紛失
によ
る動
作不
良の
保障
はい
たし
かね
ます
。ご
了承
くだ
さい
。
■各
部各
部各
部各
部の ののの
名称
名称
名称
名称
■準
備準
備準
備準
備す
るす
るす
るす
る
● 電
池電
池電
池電
池を ををを
入 入入入れ
るれ
るれ
るれ
る
電池
ボッ
クス
に単3
アル
カリ
乾電
池2
本を
＋－
を間
違え
ない
よう
に入
れて
くだ
さい
。
＋－
は電
池ボ
ック
ス底
のマ
ーク
に合
わせ
てく
ださ
い。
● 保
護保
護保
護保
護ス
ポン
ジス
ポン
ジス
ポン
ジス
ポン
ジの ののの
取 取取取り りりり
付 付付付け けけけ
電池
ボッ
クス
保護
用ス
ポン
ジ、
本体
保護
用ス
ポン
ジを
下図
のよ
うに
取り
付け
てく
ださ
い。
動作
時は
必ず
保護
用ス
ポン
ジを
つけ
て動
作さ
せて
くだ
さい
。
● 電
源電
源電
源電
源の のののON
ONON
ON
、 、、、OFF
OFF
OFF
OFF
電池
ボッ
クス
につ
いて
いる
電源
スイ
ッチ
を上
図の
矢印
の方
向に
倒し
、ス
プリ
ング
の間
にレ
バ
ーを
挟む
と電
源が
入り
ます
。電
源が
入る
とLED
が点
灯し
ます
。タ
イヤ
を回
すとLED
が点
滅
する
こと
を確
認し
てく
ださ
い。
電源
スイ
ッチ
US
Bコ
ネク
タ
スタ
ート
ボタ
ン
ゲー
ムパ
ッド
変換
コネ
クタ
（
オプ
ショ
ン）
タイ
ヤ
エン
コー
ダホ
イル
電池
ボッ
クス
R
A1
30
タイ
プモ
ータ
ON
ONON
ON
LE
D
前後
に取
り付
け
左右
に取
り付
け
取り
付け
完成
図
■動
作動
作動
作動
作の ののの
開始
開始
開始
開始
● 電
源を
入れ
た状
態で
、電
池ボ
ック
スを
もち
、タ
イヤ
を地
面に
しっ
かり
とつ
けて
立た
せま
す。
● 立
たせ
て静
止さ
せた
まま
、ス
ター
トボ
タン
を1
度押
しま
す。（
スタ
ート
ボタ
ンは
、押
した
後
すぐ
に離
しま
す。）
● モ
ータ
の回
転し
よう
とす
る音
（高
周波
の「
ミー
」と
いう
音）
が聞
こえ
たら
そっ
と手
を離
しま
す。
● 動
作開
始後
、基
板上
のセ
ンサ
温度
が安
定す
るま
で一
定の
方向
に移
動し
続け
るこ
とが
あり
ます
ので
、動
作中
は必
ず挙
動を
確認
して
くだ
さい
。
■Ｖ
ＳＶ
ＳＶ
ＳＶ
Ｓ‐ ‐‐‐Ｃ ＣＣＣ
１ １１１接
続用
接続
用接
続用
接続
用基
板側
基板
側基
板側
基板
側コ
ネク
タコ
ネク
タコ
ネク
タコ
ネク
タの ののの
取 取取取り りりり
付 付付付け けけけ
● ロ
ボッ
ト専
用コ
ント
ロー
ラ「VS-C1」
で無
線操
縦を
行う
ため
には
、別
売のVS-C1
接続
用基
板
側コ
ネク
タを
取り
付け
る必
要が
あり
ます
。以
下の
手順
に従
って
取り
付け
を行
って
くだ
さい
。
① VS-C1
接続
用基
板側
コネ
クタ
の端
子を
基板
側上
の穴
に差
し込
みま
す。
基板
のス
ター
トボ
タン
側の
中央
付近
に開
いて
いる9
つ
の穴
に、上
側か
らL
字の
端子
の先
端の
みを
差し
込ん
でく
ださ
い。
※ ※※※基
板基
板基
板基
板の ののの
表裏
表裏
表裏
表裏
に ににに注
意注
意注
意注
意し
てく
ださ
いし
てく
ださ
いし
てく
ださ
いし
てく
ださ
い。（
。（。（
。（ICICICIC
など
など
など
など
部品
部品
部品
部品
のな
いの
ない
のな
いの
ない
面 面面面か
らか
らか
らか
ら差 差差差
し ししし込 込込込
む むむむ） ）））
② 端
子の
先端
を差
し込
んだ
ら、
コネ
クタ
を垂
直に
端子
を差
し込
み
なが
ら立
て、コ
ネク
タの
上部
にあ
る1
本の
端子
も差
し込
みま
す。
※ピ
ンが
折れ
ない
よう
に注
意し
てく
ださ
い。
③ 差
し込
んだ
端子
すべ
てを
半田
付け
しま
す。
この
とき
コネ
クタ
が
基板
から
浮か
ない
よう
に注
意し
て半
田付
けし
てく
ださ
い。
①タ
イヤ
を地
面に
つけ
て立
てる
②ス
ター
トボ
タン
を押
す
③モ
ータ
の音
がし
たら
ゆっ
くり
手を
離す
①上
から
差し
込む
②垂
直に
起こ
す
③端
子を
半田
付け
する
■Ｖ
ＳＶ
ＳＶ
ＳＶ
Ｓ‐ ‐‐‐Ｃ ＣＣＣ
１ １１１で
ので
ので
ので
の操
作操
作操
作操
作
● VS-C1
接続
用基
板側
コネ
クタ
にVS-C1
の受
信機
を取
り付
けま
す。
● BalancerDuo
本体
、VS-C1
の電
源を
いれ
ます
。
● VS-C1
のANALOG
ボタ
ンを
一度
だけ
押し
、赤
いLED
を点
灯さ
せま
す。
● BalancerDuo
本体
の動
作を
開始
しま
す。
● 倒
立し
てか
ら3
秒後
にVS-C1
での
操作
が可
能に
なり
ます
。
● VS-C1
の左
ステ
ィッ
クを
前後
に倒
すと
前進
、後
退、
右ス
ティ
ック
を左
右に
倒す
と左
右に
旋回
しま
す。
● 左
右の
ステ
ィッ
クを
同時
に操
作す
ると
、前
進、
後退
しな
がら
左右
に曲
がる
こと
が可
能で
す。
ご ごごご注 注注注
意 意意意
● 動
作開
始後
、基
板上
のセ
ンサ
温度
が安
定す
るま
で一
定の
方向
に移
動し
続け
るこ
とが
あり
ます
ので
、動
作中
は必
ず挙
動を
確認
して
くだ
さい
。
● 駆
動力
が地
面に
伝わ
らな
い状
態で
は制
御が
出来
ず転
倒し
てし
まい
ます
ので
、平
面で
ない
場所
、
段差
が近
くに
ある
場所
、物
が散
乱し
てい
る場
所、
紙の
上な
どで
は動
作さ
せな
いで
くだ
さい
。
● 激
しい
動作
を行
うとVS-C1
との
通信
が一
時的
に切
断す
るこ
とが
あり
ます
。切
断し
た場
合、
電
源を
入れ
なお
すこ
とで
再度
通信
可能
にな
りま
す。
■B
eat
uoB
alan
cerD
uo
Beat
uoB
alan
cerD
uo
Beat
uoB
alan
cerD
uo
Beat
uoB
alan
cerD
uo
に ににに関 関関関
する
する
する
する
情報
情報
情報
情報
は ははは・・・
・・・
・・・
・・・
製品
情報
、各
種ド
キュ
メン
ト、
サン
プル
プロ
グラ
ムの
ダウ
ンロ
ード
、サ
ポー
ト情
報は
コチ
ラ
■オ
プシ
ョン
パー
ツオ
プシ
ョン
パー
ツオ
プシ
ョン
パー
ツオ
プシ
ョン
パー
ツ、 、、、
関連
商品
関連
商品
関連
商品
関連
商品
のご
のご
のご
のご
購入
購入
購入
購入
は ははは・・・
・・・
・・・
・・・
No.1
の品
揃え
！
ロボ
ット
関連
製品
、全
方位
セン
サの
購入
はコ
チラ
。
※東
京、
福岡
の各
ロボ
ット
セン
ター
店頭
でも
ロボ
ット
関連
商品
をお
買い
求め
いた
だけ
ます
。
商品
商品
商品
商品
に ににに関 関関関
する
おす
るお
する
おす
るお
問 問問問い いいい
合 合合合わ
せわ
せわ
せわ
せ
受付
時間
受付
時間
受付
時間
受付
時間
： ：：：9:0
09:0
09:0
09:0
0～ ～～～
18:0
018:0
018:0
018:0
0（ （（（土
日祝
日土
日祝
日土
日祝
日土
日祝
日は ははは
除 除除除く くくく） ）））
TEL: 06
TEL: 06
TEL: 06
TEL: 06- ---4808
4808
4808
4808- ---8701
8701
8701
8701
FA
X: 06
FA
X: 06
FA
X: 06
FA
X: 06
- ---4808
4808
4808
4808
- ---8702
8702
8702
8702
E EEE- ---m
ail:
info
desk
@vs
tone.c
o.jp
mai
l: in
fodesk
@vs
tone.c
o.jp
mai
l: in
fodesk
@vs
tone.c
o.jp
mai
l: in
fodesk
@vs
tone.c
o.jp
ヴイ
スト
ンヴ
イス
トン
ヴイ
スト
ンヴ
イス
トン
株式
会社
株式
会社
株式
会社
株式
会社
大
阪本
社
〒555－
0012
大
阪市
西淀
川区
御幣
島2-
15-28
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
スク
エア
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
スク
エア
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
スク
エア
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
スク
エア
店 店店店(福
岡支
店）
〒814-0
001
福岡
市早
良区
百道
浜2-3-2
TN
C放
送会
館2F ロ
ボス
クエ
ア内
営業
時間
:9:3
0～18:0
0
定休
日:第
2水
曜日
、年
末年
始
TEL:0
92-821-411
1
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
ット
セン
ター
ロボ
ット
セン
ター
東京
秋葉
原店
東京
秋葉
原店
東京
秋葉
原店
東京
秋葉
原店
(東
京支
店)
〒101-0
021
東京
都千
代田
区外
神田
1-9
-9 内
田ビ
ル4F
TEL：03-
3256
-6676
FA
X：03-3256-6686
営業
時間
：平日
:10:3
0～
20:0
0
土日
祝:1
0:3
0～
19:0
0
年末
年始
を除
き、
年中
無休
ww
w.v
stone.c
o.jp
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bot/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bot/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bot/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bot/
bb
bbbb
bb- ---duo
duo
duo
duo/ ///
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bots
hop/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bots
hop/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bots
hop/
htt
p:/
/w
ww
.vst
one.c
o.jp
/ro
bots
hop/
2008
/12/
24 1
2:00
:13
C:\P
rogr
am F
iles\
EA
GLE
-4.1
6r2\
proj
ects
\vs-
wrc
003b
\vs-
wrc
003b
.sch
(S
heet
: 1/1
)
9
■BalancerDuo プログラマの機能 ● BalancerDuo プログラマを起動すると以下のような画面が表示されます。
● 設定の書込みに関しては以下の機能を使用します。
○COM ポート
BeautoBalancerDuo と接続されている COM ポートを指定します。
使用可能な COM ポートがすべて表示されますので、その中から BeautoBalancerDuo と接続
しているポートを選択してください。（接続しているときのみ表示されます。インストール時
にメモしたポートを使用します。）
○読込み
BeautoBalancerDuo の ROM に記憶されているパラメータを読み込みます。
○書込み
BeautoBalancerDuo に画面上で設定したパラメータを書き込みます。
○初期値
各パラメータを出荷時の状態にします。（CPU に設定を適用するためには書込みが必要です。）
○モード
・通常
その場で停止したまま倒立するモードです。VS-C1 を接続するとアナログスティックでコン
トロールが可能になります。
10
・ライントレース
BalancerDuo 用ライントレースセンサを取り付けるとライントレースが可能になります。こ
のとき、「ライントレースセンサ感度」でセンサの感度を調整できます。詳しくは「ライント
レースモードについて」の項を参考ください。
・ グラフ表示
内部パラメータを PC へ送信するように設定します。この項目を設定すると動作が丌安定に
なる可能性がありますので、通常は OFF にして置いてください。
ON に設定した状態で、左下の「グラフ表示」ボタンを押すとグラフを表示します。詳しく
は「グラフ表示とログ出力」の項を参考ください。
○ゲイン
PID 制御の各項のゲインを調整できます。
・ ジャイロゲイン
本体角度（積分）
本体角速度（比例）
本体角加速度（微分）
・ エンコーダゲイン
位置（積分）
速度（比例）
○設定
・ ゲームパッドでの速度
通常モード時、VS-C1 で操縦した際の最高速度を設定します。
・ ライントレースでの速度
ライントレースモード時の速度を設定します。
・ ライントレースセンサ感度
ライントレースモード時のセンサの反応に対する本体の動作する感度を調整します。
詳しくは「ライントレースセンサ感度の調整」の項を参考ください。
○グラフ設定
※詳しくは「グラフ表示とログ出力」の項を参考ください。
・ 「グラフ表示」ボタン
グラフウィンドウを表示し、内部パラメータの数値をグラフで表示します。
・ ファイル出力
グラフ表示時のログを出力するかどうかを指定します。
ログ出力する場合、ファイル名も指定してください。
11
■設定の読み込み、書込み ●設定値の読込みは以下の手順で行えます。
① CPU ボードを接続し、電源を入れます。
② デバイスマネージャを開き、「ポート（COM と LPT）」内の「Silicon LabsCP2102
USB to UART Bridge」の COM 番号を調べます。
③ ソフトウェア上で COM 番号を設定します。
④ 「読込み」ボタンを押すと、CPU ボードの ROM からパラメータが読み込まれます。
●設定値の書込みは以下の手順で行えます。
① CPU ボードを接続し、電源を入れます。
② デバイスマネージャを開き、「ポート（COM と LPT）」内の「Silicon LabsCP2102
USB to UART Bridge」の COM 番号を調べます。
③ ソフトウェア上で COM 番号を設定します。
④ 「書込み」ボタンを押すと、CPU ボードの ROM にパラメータが書き込まれます。
12
① コース例
② 例
④センサの光が白い部分を照らす
ようにしてスタートボタンを押す
⑤ラインがセンサの中央に来るよう
に本体をおき、スタートボタンを押す
■ライントレースモードについて ● BalancerDuo には出荷時にライントレースを行えるファームウェアが書き込まれています。
ライントレースモードの場合、以下の手順でライントレースをすることが可能です。
① コースを用意します。コースは白い床剤に黒いビニールテープ
（19mm 幅）でコースを書きます。鋭角なコーナーは曲がるこ
とが難しいため、はじめは緩やかなコーナーを書きます。
② モードを「ライントレース」に変更し設定を BalancerDuo 本
体に書き込みます。
③ BalancerDuo 本体の電源を入れます。
④ センサからの赤い光がすべて白い部分に来る位置で、BalancerDuo 本体を垂直に立てておき、
スタートボタンを押します。（白い色でセンサの誤差を補正します）
⑤ ラインがセンサの中央に来るように本体をおき、スタートボタンを押します。
⑥ モータの動作音が聞こえたらすばやく手を放します。
⑦ 3 秒後にラインに沿って走行を始めます。
13
■ライントレースセンサ感度の調整 ● 初期の設定のままでは、床面、テープの色、コースの状況などでうまくライントレースでき
ないことがあります。その時は「ライントレースセンサ感度」と「ライントレースの速度」
を調整することで、きちんとトレースさせることが可能になります。
※ この機能はどういったコースでもライントレースできることを保障する機能ではありま
せん。きちんとラインレースさせるためには、コースの調整、速度、感度など細かい調
整が必要になることがあります。
・ ライントレースでの速度
ライントレースモード時の速度を設定します。
・ ライントレースセンサ感度
ライントレースモード時のセンサの反応に対する本体の動作する感度を調整します。
感度を上げると、センサが反応したときの曲がる速度が上がり、感度を下げると曲がる速度
が下がります。通常、内側を低く、外側を高く設定します。
●以下のような状況の場合の改善方法を以下に示します。
・ カーブを曲がりきれずに直進してしまうときは・・・
→ 感度を上げる。
→ 速度を下げる。
・ 直線を走っているときに激しく振動するときは・・・
→ 感度を下げる
→ 速度を上げる
・ 急なカーブがまがれないときは・・・
→ 外側の感度を上げる
→ 速度を下げ、内側の感度を下げる
14
■グラフ表示とログ出力
● グラフ表示では、動作中の内部パラメータを表示させることが出来ます。
● グラフを表示させるためには、以下の手順を行ってください。
① BalancerDuo 本体と PC を USB ケーブルで接続します。
② 「COM ポート」を BalancerDuo と通信するための番号にあわせます。
③ モードの「グラフ表示」にチェックをいれ、設定を書き込みます。
④ ファイルにログを保存する場合、「参照」ボタンを押し、保存先を指定し、「ファイル出力」
にチェックを入れます。
⑤ 「グラフ表示」ボタンを押すと以下の画面が表示されます。
グラフ表示
表示設定部
15
⑥ BalancerDuo 本体のスタートボタンを押し、動作を開始（倒立）させると、グラフの表示が
開始されます。（ログはグラフウィンドウを表示された時点で保存を開始します）
● 以下のような表示が出た場合、正しく通信が出来ていませんので、設定を確認してください。
正しく通信が出来ている場合、右の図のようなに「OK」と表示されます。
通信エラー時 正常時
●グラフ表示、ログとして保存される各値の単位は以下の通りです。
横軸 （ログ出力では count） ：20msec 毎 （50 で 1 秒になります）
角度 （ログ出力では gy_I） ：deg
速度 （ログ出力では gy_P） ：deg/sec
角速度 （ログ出力では gy_D） ：deg/sec2
左右車輪位置 （ログ出力では enc_P_L、enc_P_R） ：deg
左右車輪速度 （ログ出力では enc_D_L、enc_D_R） ：deg/sec
左右車輪出力 （ログ出力では out_L 、out_R）
：127 で割ると、モータに出力している PWM のデューティー比になります。
※グラフ表示、ログ出力機能は、本体内部で使用している値を出力しています。個体、環境よる
センサの誤差、PC の処理速度による通信のタイムラグの影響を受けますので、計測機で測定さ
れるような正確な値ではありません。そのため、上記の単位通りの値を出力する保証はありませ
んので、ご了承ください。
16
■グラフ表示の設定
● 表示設定部では、グラフの表示に関する設定が可能です。
● （横軸以外の）設定項目では、グラフに表示するパラメータの選択、縦軸の表示幅が選択で
きます。（中央の 0 を基準に拡大されます）
縦表示幅 小 縦表示幅大
● 横軸の項目では、数値を変更すると横軸の表示幅が変わります。（新しいデータ（左側）を基
準に拡大で表示されます。）
チェックを入れるとその項目を表示
数値を変更すると縦軸の表示幅が変わります
数値を変更すると横軸の表示幅が変わります
17
横軸表示幅 小 横軸表示幅 大
平成 27年度 機械システム基礎実験 実験テーマ 2
移動ロボットの運動制御
実験日： 年 月 日
提出日： 年 月 日
実験班： 班
学籍番号：
氏名：
実験レポート評価項目：
実験レポートの書式を守り、丁寧に作成したか。 A・B・C
実験の目的・理論・方法・条件の説明は十分か。 A・B・C
実験の結果およびその考察は十分か。 A・B・C
実験のまとめ・参考文献は適切か。 A・B・C
※ 本実験のレポートは提出 1回での合格を原則とする。基本な内
容が書かれていない場合は、そのまま不合格とする。
※ きれいな実験レポートを提出しなさい。殴り書き、汚い、破れ
ている、そろえて閉じていないなど、きれいではない実験レポ
ートは、教員への提出物とは認められないため評価しない。
※ 本実験に関する連絡や問い合わせには E-mailを利用する。
総合評価： 合格 不合格
