好奇心と創造性に画像処理で応えるタフで実用的な荷物搬送ロボットの設計・試作

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研究目的本研究では、信頼性の高い光電センサとカメラを接続したFPGAによる画像処理を連係させることで、外的要因に左右されにくいタフで確実なライントレースを実現する実用性を備えた、荷物搬送ロボットを設計・試作した。FPGAが学生にとってつまらない対象となってしまっていることが、実験意識の低下の一因と考えられる。そんなFPGAがリアルタイムな画像処理によって、忠実なライントレースを実現する応用例を示すことで、学生の好奇心や創造性を刺激することを目的とした。研究方法1. 荷物搬送ロボットの全体設計を行い、駆動用モータの選定、タイヤ、車体部の材料の選定、駆動方法の検討、部品の製作を行った。2. 開発環境の整備としてPC準備、FPGAボードの選定、ソフトウェア(Vivado)インストール、基本プログラムの解析、カメラによる画像取り込み、画像処理方法の検討などを行った。3. 光電センサの選定、ライン検知テスト、センサと画像処理を組み合わせた走行テストを目指した。研究成果1. 過去に製作した搬送用ロボットの台車部を可能な限り流用することで、荷物搬送ロボットの製作期間の短縮と車体部を改良することができた。モータについては制御しやすいDCブラシモータを採用した。2. FPGAボードにはザイリンクス社のZynq-7000を使用したZYBOボード(DIGILENT製)とカメラのセットを採用し、開発環境の基本とカメラの画像取り込みが実現できた。しかし、画像からラインを抽出する処理方法が様々あり、有効な方法の採用と検証に技術的課題が存在している。3. 反射型光電センサとしてPR-G41G(KEYENCE製)を選定し、ライン検知テストを実施した結果、室内・室外においてもライン検知できることが実験で確認することができた。今後は、走行テストの実施のための技術的課題を解決した上で、学生実験へ導入していきたい。