LEGOを用いた倒立振子の
制御系設計に関する研究
電気工学科 5年 36番
指導教員
米田典正
河合康典
1
はじめに
本研究ではLEGOを用いて倒立振子の作
成を行う.
光センサ
本発表では,
はじめに研究目的を示し,
次にLEGOで作成した倒立振子の動作の
仕組みを説明する,
モータ 最後に実験結果と今後の課題について考
察する.
作成した倒立振子
2
目的
振子(ふりこ)は普通, 棒の先に取り付けた
重りが一定振幅で揺れつづけるものです.
これを逆さまにして, 手のひらで棒を立てるよう
な事をするのが倒立振子です.
倒立振子が倒れそうになった時に, 人の手を使わずに
自動でバランスを取って倒れないように, 振子を制御する
装置をLEGO MINDSTORMSで, プログラムを
ROBOLABを用いて作成する.
3
動作の流れ
Start
光センサが棒の一定以上の*傾きを
感知すると, 本体に信号を送る
本体が信号をキャッチすると, それに
応じてモータを動かしてバランスをと
ろうとする
*振子に取り付けられた, 光を
遮る板が, 光センサの受講部
にさしかかると, 光センサは光
量の変化により, 傾きを感知
します.
振子
光センサが棒の傾きが一定以下に
なったのを感知すると今度はモータ
を停止させる
光を遮る板
光センサ
Startに戻る
4
制御プログラム
二列あるうちの上側は振子が右に倒れたときに動作し,
下側は左に倒れたときに動作する.
暗くなるの
を待つ
モータを回転
させる
回転していた
モータを止める
明るくなるのを光センサ
が感知するまで待つ
並列処理を
させる
ループさ
せる
5
制御方法
振子
速度 vp
速度 v
台車
平衡状態
振り子が
右に傾く
台車が
右に動く
上図のとき,
台車の速度 v > 振子の倒れる速度 vp
ならば, 傾いた振り子は再び平衡状態にもどる
台車の速度 v ≦ 振子の倒れる速度
vp
だと, 振子を立て直す事ができない
6
実験結果
作成したLEGOを用いて実験した結果, 最大で約20秒,
平均で10秒程度, 振子を倒れないようにする事ができた.
また, このときに工夫した点を以下に示す.
• 振り子を長くした
⇒1mのアルミの棒を付け足して振子の長さは最終的に1.5m
• 光センサをできるだけ高い位置に取り付ける
⇒振り子の小さな揺れを感知するため.
最終的に振り子の支点から50cm位置に取り付けました
7
今後の課題
・角度センサを用いる
⇒より小さな振子の振れを感知し, すばやく対応できる
・モータの数を増やす
⇒台車部分が速く動けるようになれば, 振子が大きく振れ
ても立て直す事ができる
おわりに
本研究ではLEGOを用いて倒立振子の作成を行った.
初めに研究目的を示し,
次にLEGOで作成した倒立振子の動作の仕組みを説明し,
最後に実験結果と今後の課題について考察した.
8
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