ホームエレクトロニクスと身近なセンサ

電気・電子・メカトロニクス高校講座
ホームエレクトロニクスと身近なセンサ
神奈川工科大学創造工学部
ホームエレクトロニクス開発学科准教授
山崎洋一
E-mail: yamazaki@he.kanagawa-it.ac.jp
URL: http://yamalab.com
ホームエレクトロニクス開発学科山崎研究室 yamalab.com
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からだを
つくる
機械
あたまを
つくる
目や耳を
つくる
電気電子・情報
こころくばり・おもてなし
認知心理学・ユーザビリティ
ユーザエクスペリエンス
学際領域
ホームエレクトロニクス
はじめに：
人と関わるシステムを創るには

ホームを中心としたエレクトロニクス技術の開発
最先端エネルギー制御技術
の開発
未来家電の開発
省エネ・創エネ・蓄エネ
エネルギー管理 HEMS
防犯・セキュリティ
高齢者見守り
スマート家電ロボット家電
高性能音響照明技術
美容と健康ライフログ
ホームエレクトロニクス開発学科とは？
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オール電化実験システムスマートハウスセンター
近未来住空間実験室
ホームエレクトロニクス開発学科の施設
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神奈川工科大学
ホームエレクトロニクス開発学科
 世界最先端の家電技術が学べる理工系大学唯一の学科
 最先端の住宅情報技術（HEMS）・感性情報技術で
これからのスマートハウスを世界に向けて発信する
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触角型心理表出要素
人間を模さないロボット伝達要素
直観的に理解可能な動作
共感アンテナAHOGE
ロボットへの組込み情報システムへの組込み
[Yamazaki, 2009]
コミュニケーションロボティクス研究室（山崎研）研究紹介：
共感アンテナ AHOGE: Antenna Hair-type Object for Generating Empathy
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Echonet Lite
番組視聴情報採光家電制御
（ブラインド）
照明制御
・AHOGEにより感情要素を付加した家電制御
・部屋の照明・採光・空調制御により
人に共感する雰囲気を実現
コミュニケーションロボティクス研究室（山崎研）研究紹介：
共感家電によるスマイルハウス
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今日の講義内容
 ホームロボットシステムのしくみ
 人のようにはたらくための３つの機能
 基本的なセンサ
 タッチセンサ
 赤外線センサ，超音波センサ
 加速度センサ，ジャイロセンサ
 身近なセンサエレクトロニクス：Wiiリモコン
 赤外線センサ
 加速度センサ
 実際のロボットの制御例 (LEGO Mindstorms NXT)
 バランス制御，障害物検知
 ライントレース制御
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３つの機能例：ボールを蹴る
目で
ボールをとらえ
筋肉を動かす頭で判断し
カメラで
ボールをとらえ
モータを
動かす
コンピュータで
判断し
知覚行動判断
センサ
<人の場合>
<ロボットの場合> コンピュータアクチュエータ
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知覚⇒センサ，認識技術
 センサ ←人間の感覚に相当
 視覚：カメラ，赤外線，超音波
 聴覚：マイク
 触覚：触覚センサ，タッチセンサ
 味覚：味覚センサ
 嗅覚：ガス・センサ
 前庭感覚：加速度センサ，ジャイロ
 運動覚：ポテンショメータ，ロータリーエンコーダ
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 センサ：
測定対象を検出し信号に変換
センサの基本
時刻t
アナログ信号出力電圧など
時刻t
デジタル信号出力
（２値出力）
外界（測定対象）からの入力
センサ
出力
0
１

タッチセンサ
※すべてのセンサの基本
 接触を検知
 仕組み：”スイッチ”
マイクロスイッチタクトスイッチ
時刻t
※接触すると
ONになって通電する
電圧
Low
High
※接触すると
ONになって通電する
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赤外線センサ
 赤外線センサ：
 物体の有無・色を検知
 発光部：赤外線LED（IR-LED）
 受光部：フォトトランジスタ・フォトダイオード
フォトリフレクタ PSDセンサ
※PSD： Position Sensitive Device
IR-LED
フォトトランジスタ
※赤外線光を受けると
決まった方向に電流が流れる
フォトダイオード
発光ダイオード
(LED)
※決まった方向に
電流が流すと光る
物
体
※反射光の強さを利用して検知
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超音波センサ
 超音波センサ
 物体の有無・距離
 発信部：圧電セラミックス
 受信部：圧電セラミックス
圧電セラミックス
•圧電効果
力を加えると電気エネルギーを発生
•逆圧電効果
電気エネルギーを加えると力を発生
圧電効果 → マイク
逆圧電効果 → スピーカ
超音波センサ物
体
※超音波が帰ってくる時間から距離を算出
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加速度センサ
 加速度を検知
1. 傾きを検出（重力加速度を検出）
2. 動きを検出
3. 衝撃を検出
 仕組み：静電容量型
 加速度をアナログ電圧で出力
重力加速度g
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センサの実応用例
 センサデバイスの例：Wiiリモコン
 実際のロボットの制御例：LEGO Mindstorms NXT
 バランス制御
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Wiiリモコン
3軸加速度センサ
赤外線センサ
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Wiiリモコンのセンサ
● WiinRemote （ http://onakasuita.org/wii/ ）
Z軸
Y軸
X軸
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LEGO Mindstorms NXT
1.センサ:
ジャイロセンサ（バランス制御）
超音波センサ（障害物検知）
光センサ（ライントレース）
2.アクチュエーター：
駆動輪モータ×2
3.コンピュータ： ARM7
4.通信: Bluetooth
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例1：バランス制御（倒立振子制御）
知覚：傾きを検知
人→（目,前庭器官）視覚，前庭感覚
ロボット→ ジャイロセンサ
判断：
傾いた方向にこぐ！
行動：
人→足を動かす
ロボット→モータを動かす
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例2：障害物検知
知覚：障害物を検知
人→（目,皮膚）視覚，触覚
ロボット→ 超音波センサ
判断：
後ろに下がる！
行動：
人→足を動かす
ロボット→モータを動かす
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例3：ライントレース
（線検知,追跡制御）
.
光センサにより
黒線を検知
線に沿うように修正判断
モータを動かす
受光部
発光部
黒線白地
（光を反射）（光を吸収）
白地の方が強い光が返ってくる
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