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電気・電子・メカトロニクス高校講座
惑星探査ロボット・ホームロボットのための
センサ技術
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
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-m...
惑星探査ロボット
Opportunity
( 2003~ )
Curiosity
( 2011~ )
情報収集のための自律行動
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
http://eyes.nasa.gov/curiosity/
Curiosity
http://eyes.nasa.gov/curiosity/
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
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...
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...
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...
Echonet Lite base Home Robot System
Home security
Home appliance
Home Energy
Management System
Home Robot
Echonet Lite: Co...
Smart House/
Home Energy Management System Center
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
8/23
神奈川工科大学ホームエレクトロニクス開発学科
Open IoT Space project
寝室リビングキッチン
さりげないロボットサービスの実現
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
9/23
IoTでできること
くらしの笑顔をつくるスマイルハウス技術
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子どもを見守る
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最先端のIoTサービスの開発
11/23
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
 惑星探査ロボットとホームロボット
 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
 実際のロ...
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
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...
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センサのイメージ
センサとは人の感覚の相当するもの
人の感覚
視覚 聴覚 嗅覚 味覚 前庭感覚 運動感覚触角
カメラ
赤外線・超音波
マイク ガスセンサ 味覚センサ 加速度セン...
ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
センサ:測定対象を検知し信号に変換するもの
センサの基本
時刻t
電圧など
時刻t
電圧など
連続値信号(アナログ)
2値信号(デジタル)
Low
High
出力信号センサ
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タッチセンサ:すべてのセンサの基本!
タッチセンサ
①何を検知? ➩ 接触
②どんなしくみ? ➩ スイッチ
マイクロスイッチ タクトスイッチ
例)
時刻t
電圧
Low
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赤外線センサ
赤外線センサ
①何を検知? ➩ 物体の有無・距離・色
②どんなしくみ?
➩ 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
例...
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 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
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Beauto Mini ARM (ビュートミニARM)
ヴイストン株式会社
http://www.vstone.co.jp/products/beauto_mini_arm/
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ライントレース(黒線検知,追跡制御)
黒線検知のしくみ
黒線白地
(光を反射) (光を吸収)
白地の方が強い赤外線光が返ってくる
赤外線センサで
黒線検知
線に沿うように
修正...
実習
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 惑星探査ロボットとホームロボット
 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
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惑星探査ロボット・ホームロボットのためのセンサ技術

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高校生向けの連携授業「惑星探査ロボット・ホームロボットのためのセンサ技術」の講義資料です。
惑星探査ロボット・ホームロボットが自律行動するしくみと,そのセンサ技術について学びます。
体験実習として,Vstone社のプログラミング学習ロボット,ビュートミニ(Beauto Mini ARM)を用いた自律ロボットのプログラミング実習を行います。

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惑星探査ロボット・ホームロボットのためのセンサ技術

  1. 1. 電気・電子・メカトロニクス高校講座 惑星探査ロボット・ホームロボットのための センサ技術 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 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 1/23
  2. 2. 惑星探査ロボット Opportunity ( 2003~ ) Curiosity ( 2011~ ) 情報収集のための自律行動 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com
  3. 3. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com http://eyes.nasa.gov/curiosity/ Curiosity http://eyes.nasa.gov/curiosity/
  4. 4. 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 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 4/23
  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 5/23
  6. 6. 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でできること ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 6/23
  7. 7. Echonet Lite base Home Robot System Home security Home appliance Home Energy Management System Home Robot Echonet Lite: Communications protocol standard for Smart house (ISO/IEC) ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 7/23
  8. 8. Smart House/ Home Energy Management System Center ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 8/23
  9. 9. 神奈川工科大学ホームエレクトロニクス開発学科 Open IoT Space project 寝室リビングキッチン さりげないロボットサービスの実現 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 9/23
  10. 10. IoTでできること くらしの笑顔をつくるスマイルハウス技術 ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 子どもを見守る 雰囲気制御技術 さりげないリモコン 家電・キッチン連携 遠隔空間接続 ホームセキュリティ 記憶をキーにした 高齢者の こころ・からだサポート 多重化映像 システム ロボットの深層表出 気づきをうながす 省エネシステム 10/23
  11. 11. ホームエレクトロニクス開発学科でできること ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 最先端のIoTサービスの開発 11/23
  12. 12. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com  惑星探査ロボットとホームロボット  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  実際のロボットの制御例  ライントレース制御 今日の講義内容 12/23
  13. 13. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 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 13/23
  14. 14. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com  惑星探査ロボットとホームロボット  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  実際のロボットの制御例  ライントレース制御 今日の講義内容 14/23
  15. 15. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com センサのイメージ センサとは人の感覚の相当するもの 人の感覚 視覚 聴覚 嗅覚 味覚 前庭感覚 運動感覚触角 カメラ 赤外線・超音波 マイク ガスセンサ 味覚センサ 加速度センサ ジャイロ ポテンショ エンコーダ タッチセンサ センサ 15/23
  16. 16. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com センサ:測定対象を検知し信号に変換するもの センサの基本 時刻t 電圧など 時刻t 電圧など 連続値信号(アナログ) 2値信号(デジタル) Low High 出力信号センサ 外界 測定対象からの入力 16/23
  17. 17. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com タッチセンサ:すべてのセンサの基本! タッチセンサ ①何を検知? ➩ 接触 ②どんなしくみ? ➩ スイッチ マイクロスイッチ タクトスイッチ 例) 時刻t 電圧 Low High ※接触すると ONになって通電する ※接触すると ONになって通電する 検知のしくみ 出力される信号 17/23
  18. 18. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com 赤外線センサ 赤外線センサ ①何を検知? ➩ 物体の有無・距離・色 ②どんなしくみ? ➩ 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 例) フォトリフレクタのしくみ 検知のしくみ フォトリフレクタ PSDセンサ ※PSD: Position Sensitive Device 赤外線LED フォト ダイオード 発光素子と受光素子をペアで用いる LED 決まった方向に 電流を流すと発光する フォト トランジスタ 赤外線 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 物 体 反射光の強さを利用して検知 18/23
  19. 19. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com  惑星探査ロボットとホームロボット  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  実際のロボットの制御例  ライントレース制御 今日の講義内容 19/23
  20. 20. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com Beauto Mini ARM (ビュートミニARM) ヴイストン株式会社 http://www.vstone.co.jp/products/beauto_mini_arm/ モータ ×2 赤外線センサ ×2 LED ×2 マイコン ARM Cortex-M3 LPC1343 20/23
  21. 21. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com ライントレース(黒線検知,追跡制御) 黒線検知のしくみ 黒線白地 (光を反射) (光を吸収) 白地の方が強い赤外線光が返ってくる 赤外線センサで 黒線検知 線に沿うように 修正判断 モータ制御 黒線追跡のしくみ 黒線がつねに2つのセンサの間になるように位置を修正 ① 黒線を検知したセンサの方に 旋回(左センサ) ② 黒線を検知したセンサの方に 旋回(右センサ) ③ 黒線がなければ前進 黒線検知 黒線なし 21/23
  22. 22. 実習
  23. 23. ホームエレクトロニクス開発学科 山崎研究室 yamalab.com  惑星探査ロボットとホームロボット  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  実際のロボットの制御例  ライントレース制御 今日のまとめ 23/23

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