21回ロボティクス勉強会

1. 第21回ロボティクス勉強会
PLC制御の概要
高専ロボコンへの利用
2022/2/18
沼津高等工業専門学校 後藤健

2. 1アウトライン 目的 こんな悲しいことをなくしたい
2
制御班 機械班
試作機構の制御してほしい!
具体的にはモーター2基を時間と回転角度制御しながら
機構を展開して
展開し終わったら別のロボットアームが機構にモノ
を装填する機構を
各種パラメータを調整しながら挙動を見たい
自分でやれ
ロボコンあるある
これを解決するためにPLCが使えるかも～
みたいな話

3. 1アウトライン 目録
3
①アウトライン
自己紹介
②PLCの紹介
PLCって何~?
③PLCで出来ること
PLCとマイコンの使い分けとか
④PLCとロボコンの関連
機械屋さんの制御試作にぜひ!
⑤PLCのコスト
PLCって高くない?
⑥今後の展望
PLCをロボコンに導入しようぜ～

4. 1アウトライン 自己紹介
4
名前: 後藤 健(21) kosen16s
所属:沼津高専 機械工学科卒 専攻科 新機能材料工学コース 三谷研究室
研究: 制御工学 モデルベース制御 磁気浮上搬送系の構築
ロボコン
2016 2017 2018 2019 2020 2021
機械班見習い
加工とか
チャンバラ
機構の一部設計
ボトルフリップ
手動機設計
洗濯物
手動機設計
はぴロボ
引退
すごロボ
専攻科コーチ
フィールド製作
コンテナ製作

5. 1アウトライン 目的
5
話のゴール
〇 PLCって何?
産業界で広く使われてるPLCについて少しお話
〇 PLCの利用
どんなことができるのか
〇 PLCとロボコン
ロボコンの制御試作にも使えないかな？

6. 2PLCの紹介 用途
6
PLCとは…
FA(factory automation)とかで使われてる制御器・制御システム こいつ

7. 2PLCの紹介 PLCの構成
7
画像出典:Amazonで売ってるよくわからん中華PLC
演算装置・メモリー
シリアル通信ポート
RS232とかRJ45
EtherNet・modbus
EtherCATとか
24Vトランジスタorリレー
入出力ポート
Arduinoにリレーシールド
を載せたイメージ
マイコンと何が違うのか
＋αエグイ制御周期確保性能

8. 2PLCの紹介 PLCの構成
8
画像出典:HiLetgoのArduinoシールド
Arduinoにリレーシールド
を載せたイメージ
PLCって結局…
マイコンとリレーで出来ることを金かけてやる機械？
マイコンにFET嚙ませればよくない？
そうでもない!
マイコンでやるとめんどくさいことでも
PLCなら簡単に出来ます

9. 3 PLCで出来ること
9
実際のところはこんな感じで使われてる
画像出典:OmronのHP

10. 3 PLCでできること PLCの機能
10
いろいろなユニットを繋げて機能を追加できる
画像出典:OmronのHP

11. 3 PLCでできること PLCの機能
11
出典:指導教員
ベルトコンベアによる搬送

12. 3 PLCでできること PLCの機能
12
出典:指導教員
ピック＆プレース

13. 3 PLCでできること 買ってきて繋ぐだけ!
13
制御部 アクチュエータ ハードウェア
EtherCATとか
Lanケーブル
汎用IO
アナログ
デジタル
サーボモータ
カメラ
直動ステージ
ステッピングモータじゃねえか!っていう突っ込
みはナシ
センサ

14. 4 PLCとロボコンの関連 機械の試作に使おうぜ!
14
制御器を買ってつなぐだけでシステムを組める!
→機械屋さんの試作にいかがですか?
例えば…
〇モータードライバーポチポチでは実装出来ない挙動
〇エアシリンダとモーターを連動して動かしたい
〇位置決め制御したい
〇加速度制御したい
でも…
〇プログラミングわからん
〇回路わからん
〇最悪応答時間確保できん
〇Arduinoじゃ足りねえ
→そんな部分でもPLCなら解決できます

15. 4 PLCとロボコンの関連 装置の試作動作
15
今回は急遽資料を作成したためロボコンの試作にPLCを応用した例は見せられませんが…
研究室にて
研究用の2軸直行ステージを動かしたい! という場合

16. 4 PLCとロボコンの関連 速くて確実
16
こんな感じの制御を(モノが事前にあれば)数時間で実装できます!

17. 4 PLCとロボコンの関連 実際のところどうやって実装すんの？
17
用意した制御機器
＋α 端子台、配線
24V電源
CPU電源U
CPUU
IOU
サーボアンプ×2
配線の様子まで撮りたかったけど時間がありませんでした～

18. 4 PLCとロボコンの関連 実際のところどうやって実装すんの？
18
プログラム

19. 5 PLCの価格
19
でもお高いんでしょう…？ とても高い

20. 5 PLCの価格
20
24V電源
13,310
CPU電源U
30,000
CPUU
400,00? IOU
15,000
サーボアンプ×2
162,00×2
ロボコンで使えるわけねえだろ～～～

21. 6 今後の展望
21
閑話休題・・・
そもそも制御試作したいなら市販のマイコンボード使えばよくね？
弊部の先輩
PLCの拡張性は、ロボコンにも生かせるだろうけど、やっぱり予算的な問題がな....
全部外注なことを考えると、自分たちでメンテナンスとか修理できないことも痛い
PLCの大雑把な概念(入出力だけ統一してモジュール化)自体は、ロボコンでも使わ
れてるけど、そういう話は機械屋じゃなくて制御屋の領分だし、どの高専(大学)も
ある程度技術の蓄積があれば行きつくところだろうから、今回話すのには向かなそ
う、だなと。
たしかに、本番システムじゃなくて、仮の動作試験用としては、有用性ありそう。
....結局機械屋さんがPLC覚えるなら制御システムの表層理解させるのと人的コスト
変わらなくね？に反論できるだけの使いやすさがあれば。

22. 6 今後の展望
22
先輩の話のまとめ
・PLC使用の予算的問題
・PLCシステムの概念自体は
ロボコンではありふれたもの
・制御試作という面ではいいかも
・PLC覚えるのも大変
それやるならメカ屋が
部活の制御システムの
表層を理解すればいいのでは?
結局これ
ワイ
コード書きたくねえ～～
制御に無知で
怠惰なメカ屋

23. メイン
Arduino
モータ
ドライバ
DCモータ
スレーブ
Arduino
スレーブ
Arduino
ソレノイド
ドライバ
エアシリンダ
エンコーダ
リミット
スイッチ
距離センサ
例えばこんな機構を制御試作したいとする
Pin数足りなくてマイコンを並列
シリアル通信のやりかたわかんねえ～
パルスの計測ってどうやんの？
シーケンス制御構築できねえ～

24. 6 今後の展望
24
怠惰なメカ屋に本当に必要だったもの
マイコンのように
・安価
で…
PLCのように
・楽に扱える
モノ

25. 6 今後の展望
25
マイコンの欲しい機能
具体的な要件 イラナイ機能
・価格の安さ
・入手性
・IOの豊富さ
・コード書かなきゃいけない
・シーケンシャルなことした
かったら構築しないといけない
・5V or 3.3Vしか出ない
・タイマ、カウンタ使うの面倒
・制御周期一定じゃない
PLCの欲しい機能 イラナイ機能
・ノーコード
・勝手にシーケンシャル
・IO豊富
・制御周期一定
・高い拡張性
・24V出せる
・パルスの扱いが得意
・サーボとか回せなくていい
・堅牢じゃなくていい
・価格が高い
・環境構築めんどい

26. 6 今後の展望
26
無知で怠惰なメカ屋さんが欲しいもの
・ノーコードで制御構築できる
・勝手にシーケンシャルなシステムが出来る何か
・IOがいっぱい
・並列接続が安易であってほしい
・できれば24V直接出てほしい(ソレノイド用)
・パルスやアナログの入出力が容易
・制御周期が一定で確保

27. 6 今後の展望
27
Q:そんなことができちゃう製品ってありますか?
A:たぶんまだない

28. 中華PLC 5000
RaspberryPie シールド
ソフトウェアPLC
ハードウェア部 ソフトウェア部
近年は安くPLC制御を実装する手法も出てきている‥
これらを組み合わせればそれっぽいことが可能かも?
28

29. 29
ラズパイPLC
中華PLC
ロボコンとPLCについてのまとめ
このような製品の組み合わせで
ロボコンの試作制御してみた!
みたいなことを今後やってみたい
できたら発表してみたいです…
以上!