LEGO を用いた倒立振子の制御系設計に関する研究

LEGOを用いた倒立振子の制御系設計に関する研究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　　米田典正指導教員　　河合康典

光センサ モータ作成した倒立振子はじめに本研究ではLEGOを用いて倒立振子の作成を行う. 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, 最後に実験結果と今後の課題について考察する.

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.

振子 Start 光を遮る板光センサ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 Startに戻る動作の流れ *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.

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. 制御プログラム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

振子速度制御方法速度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　　＞　振子の倒れる速度ならば, 傾いた振り子は再び平衡状態にもどる台車の速度　　≦　振子の倒れる速度だと, 振子を立て直す事ができない

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

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.

LEGO を用いた倒立振子の制御系設計に関する研究