SICE東北支部研究集会資料(2010年)

Size: px

Start display at page:

Download "SICE東北支部研究集会資料(2010年)"

けいざぶろうおおふさ
5 years ago
Views:

1 261 ( ) Development of a wireless smart thruster module for underwater robots Takuya Omuro, Takayuki Takahashi Fukushima University : (underwater robots) (thruster) (module) (small) : Tel.: (24) Fax.: (24) omu@rb.sss.fukushima-u.ac.jp 1. 1) ROV(Rem otely Operated Vehicle) AUV(Autonomous Underwater Vehicle) (1) (2) 2 (1) 1 2) (2) 3) 1

Main module Sensor module Thruster module Sampling module 2. 3 1 2 3 Fig.

2 Main module Sensor module Thruster module Sampling module Fig. 1 (1) (2) (3) (1) Fig. 1 Schematic diagram of the conceptual model of proposed underwater robot (2) (3)

Table 1 XBee specifications Indoor/Urban Range Up to 3[m] Outdoor RF line-of-sight Range Up to 9[m] RF Data Rate 25[kbps] Supply Voltage 2.8-3.4[V] Operating Frequency ISM 2.

2 に写真を示すまた Table 1 に XBee の主な仕様を示す 4) XBee の特徴としては AD 変換ポートや PWM ポートを備えており拡張性があることシリア R8C/2L を Fig. 3 に示す 4. 水中通信実験 4.

3 Table 1 XBee specifications Indoor/Urban Range Up to 3[m] Outdoor RF line-of-sight Range Up to 9[m] RF Data Rate 25[kbps] Supply Voltage [V] Operating Frequency ISM 2.4[GHz] Number of Channels 16 Direct Sequence Channels Fig. 2 XBee RF module Fig. 3 R8C connected XBee その結果 DigiInternational 社の XBee を選定した Fig. 2 に写真を示すまた Table 1 に XBee の主な仕様を示す 4) XBee の特徴としては AD 変換ポートや PWM ポートを備えており拡張性があることシリア R8C/2L を Fig. 3 に示す 4. 水中通信実験 4.1 実験目的ルポートを備えており複雑な設定なしに既存の一般的に水中では電波の減衰が著しいためシリアルケーブルをワイヤレスに置き換えられ超長波以上の波長の電波を除き水中での実用的ることが挙げられるさらには販売元からリリーな通信はごく短い距離に限られていたまた使スされているフリーソフト X-CTU を使って様々用する電波帯域や送信出力などで通信距離は変な設定を自由に変更できることから開発環境化するそこで選定した XBee が水中でどのも十分に整っている程度の距離まで通信が可能であるか検証することを目的として実験を行った 3.2 マイコンの選定無線通信モジュールと合わせてロボットの各モ 4.2 実験条件ジュール内に組み込むマイコンとしてルネサス研究室内に幅 65mm 奥行き 4mm 高さエレクトロニクス製 8 ビットマイコンの R8C/2L 35mm の水槽を仮設して２台の XBee と R8C を選定した選定した理由としては AD 変換それらを格納するプラスチック製円筒容器２本ポートや PWM ポートシリアルポートを備えを用いて実験を行った 2 台の XBee および R8C ていることに加え開発環境が整っていることはそれぞれ単 4 電池 4 本の 6V を電源とし回が挙げられる Table 2 に R8C/2L の基本的な路中に三端子レギュレーターを組み込み 3.3V に仕様を示すまた XBee と接続された状態の電圧を降下させて供給したまた容器付近に 3

Item CPU Interrupts Operating Erequency Timer Serial Interface Table 2 R8C/2L specifications Function Specifications Central processing unit Multiplier:16bits 16bits 32bites Multiply-accumulate

4 Item CPU Interrupts Operating Erequency Timer Serial Interface Table 2 R8C/2L specifications Function Specifications Central processing unit Multiplier:16bits 16bits 32bites Multiply-accumulate instruction: 16bits 16bits+32bits 32bits External:4sources,Initial:15sources,Software:4sources Priority levels:7 levels 2MHz(VCC = 3. to 5.5[V]) 1MHz(VCC = 2.7 to 5.5[V]) 5MHz(VCC = 2.2 to 5.5[V]) Watchdog 2 8bit,2 16bits UART Clock synchronous serial I/O/UART 2 UART2 Master module PC Serial-port Slave module XBee XBee Din Dout R8C Dout RXD Din TXD Fig. 4 Set up for loop back test 金属が存在した場合アンテナの役割をしてしまうことが懸念されたため容器を固定する台などは非金属製のものを用いたさらに空気を介して通信してしまうことを防ぐため予備実験で得られた結果をもとに容器上端から水面までの距離を 5mm として実験を行った 4.3 実験方法実験に用いたシステムのモデルを Fig. 4 に示す 1 台の XBee は Fig. 5 に示すように有線で外部 PC と接続し X-CTU のレンジ測定機能を Fig. 5 PC connected XBee in waterproof container 較することでエラーの有無を検知している用いて 32bytes の文字列データを連続的に 2 台の XBee はそれぞれ円筒容器に格納され回送信した他方の XBee はモジュールを想定ており確実に通信が行える距離から徐々に距して Fig. 6 に示すように R8C と接続されてお離を離し通信可能な距離を計測したここでり電波によって受け取ったデータは R8C に入計測距離とは円筒容器間の水が存在する部分を力されたのち同じデータを再び XBee を介し指す実験の様子を Fig. 7 と Fig. 8 に示すて PC へとループバックさせた PC 側は送信したデータが既知のため受信したデータと比 4

Distance[mm] 12 13 135 14 145 Table 3 Experimental data Signal Strength[dB] Receive Error Rate[times] -53-76 -85-88 15-94 96-94

6 R8C connected XBee in waterproof container Fig.

16 17 Distance[mm] Fig. 7 Experimental set up (Top view) Fig. 1 Experimental result of the received data error rate 4.

5 Distance[mm] Table 3 Experimental data Signal Strength[dB] Receive Error Rate[times] Success Rate[%] Signal Strength[dB] st nd 145 3rd Distance[mm] Fig. 6 R8C connected XBee in waterproof container Fig. 9 Experimental result of RF signal strength detected by the master module Receive Error Count[times] st rd 2nd Distance[mm] Fig. 7 Experimental set up (Top view) Fig. 1 Experimental result of the received data error rate 4.4 実験結果同じ条件下で 3 回の実験を行った各実験の結果を Fig. 9 と Fig. 1 に示すまた得られた結果の中で最も通信距離が短かった結果を Ta- ble 3 に示す Table 3 において距離 14mm と 145mm における Signal Strength の値が同じであるのは測定限界に達したためと考えられるこの実験より通信速度 96bps では距離 13 Fig. 8 Experimental set up (Side view) mm 送受信回数回という条件において受 5

6 % mm Thruster module Battery R8C RF module Motor driver DC Motor 5. XBee Fig. 11 R8C XBee PWM O 2 Fig. 11 Designed thruster Module XBee 1) ( ): 1/12 (1994) 2) : 28 RSJ21AC1G2-6 1/3 (21) 3) : AquaBox 2A2-D3 1/4 (27) 4) DigiInternational,

SICE東北支部研究集会資料(2011年)

SICE東北支部研究集会資料(2011年) 268 (2011.11.26) 268-10 Improvement of thrust capacity of a wireless thruster module for a lake surveying compact underwater robot Takuya OMURO,Yuhei SARUTA,Takayuki TAKAHASHI * ** *Graduate School of