名称 基本設計書
番号 MIRS2405-DSGN-0002

版数 最終更新日 作成 承認 改訂記事
A01 2024.7.19 幸航輝 初版
A02 2024.8.19 宇佐見祥 第2版
メカの説明の追加


目次


1. システム概要

𝔊𝔘𝔏𝔏ℭは、物を配るロボットである。
「衰えない物を配るという需要に、人より効果的に」を掲げ、人より効果的にする為、𝔊𝔘𝔏𝔏ℭは、人を選び、追いかけ、その人の為に物を配る。
具体的には、配布対象を年齢や性別などで分類し、𝔊𝔘𝔏𝔏ℭが配ってる物に対して、より効果のある人を選ぶ。
その後に追いかけ、子供は高すぎず、大人はしゃがまずに受け取れるように渡す。

2. 性能・機能

gullcは以下の機能・性能を備えている。

2.1.物を配る機能

物を配る機能を実現するために以下の4つの機能を実現する。

1.対象を選択する機能

・配布物に応じて依頼主が対象の優先度を選択する。（男性向けの配布物は男性を対象に…など）
・配布物の効果と配布の効率を向上させる。

図1.対象を選択する機能,イメージ図


2.しばらくの間追従する機能

・ロボットが渡す対象を選択→対象を一定時間追従する。
・対象に認識してもらうことで配布の効率を向上させる。

図2.しばらくの間追従する機能,イメージ図


3.受け取りやすい高さで手渡しする機能

・相手の身長などに合わせて受け取りやすい高さに調整する。
・ひと手間を減らすことで、配布の効率を向上させる。

図3.自律して対象を選択機能,イメージ図


4.配布物を補充する機能

・自分で配布物がある箇所まで移動し、自分で補充する。
・補充まで行うことで半永久的に活動することが出来る。

図4.配布物を補充する機能,イメージ図


2.2.その他の機能

物を配る機能を実現するために以下の2つの機能を実現する。

1.対象をカメラで撮影する機能

・ロボットアームを使用し、客のスマホを用いて写真撮影をする機能​。
・合成音声を用い、音声案内する機能。
・ディスプレイを用い、写真の撮影方法(ロボットの使い方)の表示し表示案内する機能。

図5.対象をカメラで撮影する機能,イメージ図


2.学校を案内する機能

・ディスプレイを用い、ディスプレイ等へのイベント情報や地図、ロボットのステータスの表示​する機能。
・合成音声を用い、音声案内する機能。

図6.学校を案内する機能,イメージ図


3. システム構成

3.1.メカトロニクス

3.1.1.全体の外観

ロボット全体の外観を図7に示す。
図.7 全体の外観

ロボットの中央にあるロボットアームにより物をつかむ。
ロボットアームの付け根はターンテーブルとなっている。
紙の給紙はロボットの前部にある給紙機構を用いて一枚ずつ取り出す。

3.1.2.グリッパー

グリッパーの外観を図8に示す。
図.8 グリッパーの外観

グリッパーは片方のみが動き、もう片方は固定されている。
紙を挟む部分にはゴムを張り付けることにより、保持力を向上させる。
可動部分の駆動はSG90を使う。

3.1.3.ロボットアーム

ロボットアームは5自由度としている。
第1関節はターンテーブルであり、その駆動はギヤードモータで行う。
第2関節の駆動はパワーウィンドウモーターで直接駆動する。
第3関節はベルト駆動とし、駆動はパワーウィンドウモーターを用いる。
第4・5関節はサーボモータで駆動する。

3.2.エレクトロニクス

全体の接続図を図9に示す。
図9 全体の接続図
表1に電源仕様を示す。
表1 各種電源仕様
名称 供給先 出力電圧[V] 最大出力電流[A] 必要個数
サーボモーター用電源回路 SCS215 ×2 7.2 5 1
ターンテーブル用降圧回路 KS5N-IG36P 12 5 1
関節モーター用降圧回路 JC-578VB or LC-578VB 12 30 3
ポンプ駆動用降圧回路 RS-540SH 12 10 1
図8ではモータ用降圧回路を1つのブロックで示しているが、実際は表1の通りターンテーブル用降圧回路、ポンプ駆動用降圧回路を一つずつ、関節モーター用降圧回路を3つ製作する。

・サーボモーター用電源回路

　サーボモーター用の電源回路はNJM2360ADを用いたDCDCコンバータとする。

・ターンテーブル,関節モーター,ポンプ駆動用降圧回路

　これらの回路も降圧チョッパ方式であるが、スイッチングはPICマイコンで行う。

3.3.ソフトウェア

ソフトウェアのシステム構成を以下に示す。
表2.ソフトウェア機能概要
動作環境 機能 詳細
- デバイス間通信(Arduino⇆Raspberry Pi⇆Jetson Nano) 各マイコン間で、データを送受信
arduino uno 走行体制御プログラム 距離の測定結果から、対象と一定距離を保つようにクローラーを制御
受け取ったことを確認後、定位置に戻る
ロボットアーム制御プログラム ロボットアーム角度計算結果から、ロボットアームのモーターを制御
raspberry pi I/O操作・監視プログラム デジタル出力、アナログ出力の監視
ロボットアーム角度計算プログラム 画像認識の結果からロボットアームの角度を計算
jetson nano 画像認識 ・webカメラを使用し、人間を認識し性別、年齢、身長を概算する
・webカメラを使用し、深度想定をし人間との距離を測定する
対話型AI ロボットや学校について案内するためのシステム対話システム
・音声処理を入力し自然言語処理をし音声として出力する
SLAM(RPLiDAR) ・SLAMを使用し、周辺の二次元データを取得する
Web Webアプリ ・ロボットや学校案内用webアプリを作成する

4. 開発工程表

以下に開発工程表のリンクを示す。
MIRS2405 開発工程表

5. 購入物品一覧

表3.購入予定物品

物品 型番 購入先 価格 個数 小計
シリアルサーボ 19kg SCS215 switch-science 2,420 2 4,840
シリアルサーボ 19kg の送料 - - 200 1 200
アルミ丸棒 φ12mm 8807 モノタロウ 263 1 263
ケーブルタイ 65998215(注文コード) モノタロウ 85 1 85
ポリウレタンチューブφ4mm 65419367(注文コード) モノタロウ 296 1 296
真空パッドベローズタイプ(ニトリルゴム) φ30mm VP30BN モノタロウ 483 2 966
ディスポーザブル注射器 100ml 28569705(注文コード) モノタロウ 550 1 550
タイミングベルト XL形(クロロプレンゴム) 7.9mm x 939.8mm 370XL031 モノタロウ 1,055 1 1,055
リニアシャフト φ12.0 x 300.0mm MYSAA12×300 モノタロウ 1,199 1 1,199
DCDCコンバータ制御用IC NJM2360AD NJM2360AD 秋月電子通商 70 1 70
丸ピンICソケット 8P 2227MC-08-03 秋月電子通商 15 1 15
電解コンデンサ 50V 470μF (1テープ) ELXJ500ETD471MK25S 秋月電子通商 100 1 100
トロイダルコイル 68μH 9A TCV-680M-9A-8026 秋月電子通商 100 1 100
トロイダルコイル 470μH 9A TCV-471M-9A-8026 秋月電子通商 150 1 150
ショットキーダイオード SBM1045VSS SBM1045VSS 秋月電子通商 40 6 240
トランジスタ TTA1452B TTA1452BS4X(S 秋月電子通商 120 1 120
NチャネルパワーMOSFET 2SK2232 2SK2232(F) 秋月電子通商 100 5 500
デライトトロイダルコア FT-50-J FT-50-J 秋月電子通商 160 4 640
ポリエステル銅線2.0mm 10m (PEW2.0L10) PEW2.0L10 マルツ 2371 1 2,371
合計金額 - - - - 13,670
残金 - - - - 6,330



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