[Arduino]初めてのロボットを作ろう

意欲的な金融マンがゼロから銀行を作りたいと思うのと同様、エンジニアであれば自分で独自のOS、プログラミング言語(コンパイラ)、CPU、ロボットを作りたいと思うだろう。

ロボットというとガンダムのモビルスーツのイメージが先行してしまうのだが、ブログでPMCをやるなんて宣言するのは問題がありすぎる。
一つの目標値として産業用ロボットがあるが、その他にも例えば家電量販店で陳列されている商品群はロボットとは言えないかもしれないがマイコンで制御されている商品が殆どである。したがって、どの分野を取り組むかは慎重に考える必要がある。

とは言え、最初は簡単なところから始めるのが鉄則。ということで、ブレッドボードを使って簡単なロボットを作りたい。

– LEDで「目」を光らせる
– スピーカーを「口」の機能とする
– temperature sensorを「鼻」と見立てて温度を測り、それによってスピーカーを制御する
– 「足」の機能としてDCモーター機能を付ける

イメージを配置

dav

続いて、目のLED部分の実装

dav

そして、口となるスピーカーの実装
これでドレミと喋るようになります。

void setup() {
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);
  tone(10, 262, 200);
  delay(1000);
  tone(10, 294, 200);
  delay(1000);
  tone(10, 330, 200);
  delay(1000);
}
dav

続いて「鼻」にあたる気温センサーの実装
25℃以上なら、喋るようにします。
温度センサーはosoyoのモジュールを使います。
https://osoyoo.com/ja/2015/03/11/ds18s20-temperature-sensor-module/

#include <OneWire.h>
int inPin = 7;
OneWire ds(inPin);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  int HighByte, LowByte, TReading, SignBit, Tc_100, Whole, Fract;
  byte i;
  byte present = 0;
  byte data[12];
  byte addr[8];

  if(!ds.search(addr)){
    ds.reset_search();
    return;
  }

  ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0x44, 1);
  
  
  delay(1000);

  present = ds.reset();
  ds.select(addr);
  ds.write(0xBE);

  for(i = 0; i < 9; i++){
    data&#91;i&#93; = ds.read();
  }
  Serial.print("Temperature:");
  LowByte = data&#91;0&#93;;
  HighByte = data&#91;1&#93;;
  TReading = (HighByte << 8) + LowByte;
  SignBit = TReading & 0x8000;
  if(SignBit){
    TReading = (TReading ^ 0xffff) + 1;
  }
  Tc_100 = (6 * TReading) + TReading / 4;
  Whole = Tc_100 / 100;
  Fract = Tc_100 % 100;
  if(SignBit){
    Serial.print("-");
  }
  Serial.print(Whole);
  Serial.print(".");
  if(Fract < 10){
    Serial.print("0");
  }
  Serial.print(Fract);
  Serial.print(" C\n");

  digitalWrite(13, HIGH);
  
  if(Whole > 26){
    tone(10, 262, 200);
    delay(1000);
    tone(10, 294, 200);
    delay(1000);
    tone(10, 330, 200);
    delay(1000);  
  }
}
dav

そして最後に「足」として、DCモータを3.3v -> GRDで付けます。

dav

おおお、一応、動いている^^
モーターを使った駆動系の処理は力学、電気学など勉強が必要そうだが、色々できそうなことはわかった。

arduinoでロボットを作る?

各社産業用ロボット

ABB社
https://new.abb.com/us

ファナック
https://www.fanuc.co.jp/

川崎重工業
https://www.khi.co.jp/

安川電機
https://www.yaskawa.co.jp/

KUKA
https://www.kuka.com/

### メモ
– 産業用ロボット大手はABB、ファナック、川崎重工業、安川電機、KUKAでアーム型が殆ど
– ロボットに機械学習を実装するのは当たり前になっている
– 赤外線、音声出力、撮影、家電操作、音声認識、顔認識、巡回機能、ARなど多様な機能を組み込んでいる
– 二足歩行ロボットはZMPなど歩行制御のアルゴリズムがある
– 足は電動モータなどのアクチュエーターで動かしている。更に脚部にバネを入れるなどして動作安定化という課題も克服しなければならない。

歩行ロボットはかなり難しそうか。。。

モバイルロボティクス(AGV)

配送、配達など自動搬送するロボット
– 自分で最適なルートを考え、障害物も避ける
– AGV(Automatic Guided Vehicle)
– 従来は、床面に貼られた磁気テープなどで誘導を行い無人走行していた
– 現在はセンサーを使って自由に動ける
– 物流業界を中心に活用されている
– 産業用ロボット(部品組み立てなど)も同じ分野

### 仕組み
SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)
レーザースキャナ、ジャイロセンサー、カメラなどの入力装置と組み合わせる

### 対象範囲
回路設計、ディジタル信号処理、組込みシステム、計測工学、アナログ電子回路、計算機制御、知能ロボット、統計的機械学習、群知能、画像情報処理、人工知能、メカトロニクス、ロボット工学など

ハードウェア側の知識も大分求められますね