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ホームエレクトロニクスと身近なセンサ

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神奈川工科大学創造工学部ホームエレクトロニクス開発学科の体験授業。大学での学習内容を高校生向けにまとめた内容です(1回90分)。

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ホームエレクトロニクスと身近なセンサ

  1. 1. 電気・電子・メカトロニクス高校講座 ホームエレクトロニクスと身近なセンサ 神奈川工科大学 創造工学部 ホームエレクトロニクス開発学科 准教授 山崎 洋一 E-mail: yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp URL: http://yamalab.com ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 1/27
  2. 2. からだを つくる 機械 あたまを つくる 目や耳を つくる 電気電子・情報 こころくばり・おもてなし 認知心理学・ユーザビリティ ユーザエクスペリエンス 学際領域 ホームエレクトロニクス はじめに: 人と関わるシステムを創るには ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
  3. 3. ホームを中心としたエレクトロニクス技術の開発 最先端エネルギー制御技術 の開発 未来家電の開発 省エネ・創エネ・蓄エネ エネルギー管理 HEMS 防犯・セキュリティ 高齢者見守り スマート家電 ロボット家電 高性能音響 照明技術 美容と健康 ライフログ ホームエレクトロニクス開発学科とは? ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 3/27
  4. 4. オール電化実験システム スマートハウスセンター 近未来住空間実験室 ホームエレクトロニクス開発学科の施設 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 4/27
  5. 5. 神奈川工科大学 ホームエレクトロニクス開発学科  世界最先端の家電技術が学べる理工系大学唯一の学科  最先端の住宅情報技術(HEMS)・感性情報技術で これからのスマートハウスを世界に向けて発信する ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 5/27
  6. 6. 触角型心理表出要素 人間を模さないロボット伝達要素 直観的に理解可能な動作 共感アンテナAHOGE ロボットへの組込み 情報システムへの組込み [Yamazaki, 2009] コミュニケーションロボティクス研究室(山崎研) 研究紹介: 共感アンテナ AHOGE: Antenna Hair-type Object for Generating Empathy ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 6/27
  7. 7. Echonet Lite 番組視聴情報 採光家電制御 (ブラインド) 照明制御 ・AHOGEにより感情要素を付加した家電制御 ・部屋の照明・採光・空調制御により 人に共感する雰囲気を実現 共感アンテナAHOGE コミュニケーションロボティクス研究室(山崎研) 研究紹介: 共感家電によるスマイルハウス 共感アンテナAHOGE ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 7/27
  8. 8. 今日の講義内容  ホームロボットシステムのしくみ  人のようにはたらくための3つの機能  基本的なセンサ  タッチセンサ  赤外線センサ,超音波センサ  加速度センサ,ジャイロセンサ  身近なセンサエレクトロニクス:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)  バランス制御,障害物検知  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 8/27
  9. 9. 3つの機能 例:ボールを蹴る 目で ボールをとらえ 筋肉を動かす頭で判断し カメラで ボールをとらえ モータを 動かす コンピュータで 判断し 知覚 行動判断 センサ <人の場合> <ロボットの場合> コンピュータ アクチュエータ ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 9/27
  10. 10. 今日の講義内容  ホームロボットシステムのしくみ  人のようにはたらくための3つの機能  基本的なセンサ  タッチセンサ  赤外線センサ,超音波センサ  加速度センサ,ジャイロセンサ  身近なセンサエレクトロニクス:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)  バランス制御,障害物検知  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 10/27
  11. 11. 知覚⇒センサ,認識技術  センサ ←人間の感覚に相当  視覚: カメラ,赤外線,超音波  聴覚: マイク  触覚: 触覚センサ,タッチセンサ  味覚: 味覚センサ  嗅覚: ガス・センサ  前庭感覚: 加速度センサ,ジャイロ  運動覚: ポテンショメータ,ロータリーエンコーダ ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 11/27
  12. 12.  センサ: 測定対象を検出し信号に変換 センサの基本 時刻t アナログ信号出力電圧など 時刻t デジタル信号出力 (2値出力) 外界(測定対象)からの入力 センサ 出力 0 1 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
  13. 13. タッチセンサ ※すべてのセンサの基本  タッチセンサ  接触を検知  仕組み:”スイッチ” マイクロスイッチ タクトスイッチ 時刻t ※接触すると ONになって通電する 電圧 Low High ※接触すると ONになって通電する ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 13/27
  14. 14. 赤外線センサ  赤外線センサ:  物体の有無・色を検知  発光部:赤外線LED(IR-LED)  受光部:フォトトランジスタ・フォトダイオード フォトリフレクタ PSDセンサ ※PSD: Position Sensitive Device IR-LED フォトトランジスタ ※赤外線光を受けると 決まった方向に電流が流れる フォトダイオード 発光ダイオード (LED) ※決まった方向に 電流が流すと光る 物 体 ※反射光の強さを利用して検知 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 14/27
  15. 15. 超音波センサ  超音波センサ  物体の有無・距離  発信部:圧電セラミックス  受信部:圧電セラミックス 圧電セラミックス •圧電効果 力を加えると電気エネルギーを発生 •逆圧電効果 電気エネルギーを加えると力を発生 圧電効果 → マイク 逆圧電効果 → スピーカ 超音波センサ 物 体 ※超音波が帰ってくる時間から距離を算出 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 15/27
  16. 16. 加速度センサ  加速度センサ  加速度を検知 1. 傾きを検出(重力加速度を検出) 2. 動きを検出 3. 衝撃を検出  仕組み:静電容量型  加速度をアナログ電圧で出力 重力加速度g ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 16/27
  17. 17. 今日の講義内容  ホームロボットシステムのしくみ  人のようにはたらくための3つの機能  基本的なセンサ  タッチセンサ  赤外線センサ,超音波センサ  加速度センサ,ジャイロセンサ  身近なセンサエレクトロニクス:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)  バランス制御,障害物検知  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 17/27
  18. 18. センサの実応用例  センサデバイスの例:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例:LEGO Mindstorms NXT  バランス制御  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 18/27
  19. 19. Wiiリモコン 3軸加速度センサ 赤外線センサ ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 19/27
  20. 20. Wiiリモコンのセンサ ● WiinRemote ( http://onakasuita.org/wii/ ) Z軸 Y軸 X軸 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 20/27
  21. 21. 今日の講義内容  ホームロボットシステムのしくみ  人のようにはたらくための3つの機能  基本的なセンサ  タッチセンサ  赤外線センサ,超音波センサ  加速度センサ,ジャイロセンサ  身近なセンサエレクトロニクス:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)  バランス制御,障害物検知  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 21/27
  22. 22. LEGO Mindstorms NXT 1.センサ: ジャイロセンサ(バランス制御) 超音波センサ (障害物検知) 光センサ (ライントレース) 2.アクチュエーター: 駆動輪モータ×2 3.コンピュータ: ARM7 4.通信: Bluetooth ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 22/27
  23. 23. 例1:バランス制御(倒立振子制御) 知覚:傾きを検知 人→(目,前庭器官)視覚,前庭感覚 ロボット→ ジャイロセンサ 判断: 傾いた方向にこぐ! 行動: 人→足を動かす ロボット→モータを動かす ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 23/27
  24. 24. 例2:障害物検知 知覚:障害物を検知 人→(目,皮膚)視覚,触覚 ロボット→ 超音波センサ 判断: 後ろに下がる! 行動: 人→足を動かす ロボット→モータを動かす ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 24/27
  25. 25. 例3:ライントレース (線検知,追跡制御) . 光センサにより 黒線を検知 線に沿うように修正判断 モータを動かす 受光部 発光部 黒線白地 (光を反射) (光を吸収) 白地の方が強い光が返ってくる ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 25/27
  26. 26. 実 演
  27. 27. 今日の講義内容  ホームロボットシステムのしくみ  人のようにはたらくための3つの機能  基本的なセンサ  タッチセンサ  赤外線センサ,超音波センサ  加速度センサ,ジャイロセンサ  身近なセンサエレクトロニクス:Wiiリモコン  赤外線センサ  加速度センサ  実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)  バランス制御,障害物検知  ライントレース制御 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 27/27

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