はじめに
ここでは Ｈ８から浅草ギ研製感圧センサーボード「ＡＧＢ６５−４ＦＳ（4 point Force Sensor）」を駆動してみます。
※このページで紹介する内容はあくまでも一例です。個別の作成のご相談ご質問はお答えできませんのでご了承下さい。このページと同じ内容についてのご質問についてはロボット掲示板にてお願いいたします。
Ｈ８マイコンとＡＧＢ６５−４ＦＳ
ロボット神経システムＡＧＢ６５シリーズはＰＣやマイコンのシリアル通信機能を使えるスキルがあれば簡単に動かすことのできるモータコントローラ、センサー群です。１つのシリアルラインを複数のＡＧＢ６５シリーズで共有でき、取り外しや追加も簡単に行えますのでＰＣやマイコンをホストコンピュータとしたロボットの作成が容易にできます。
ＡＧＢ６５シリーズについてはこちらにも情報があります。
今回使用するＡＧＢ６５−４ＦＳは１つのセンサーボードに４つの感圧センサーを付けて、それぞれの荷重情報だけでなく、４点内の重心位置をＸＹ座標で出力する機能もついています。
４点感圧センサー AGB65-4FSの詳細はこちらを参照願います。＜−このページは必ず参照してください。
（以後、このページを４ＦＳのページといいます）
ＡＧＢ６５シリーズは標準ではマイコンと接続するようになっております。ＰＣと接続する場合でも変換にはＡＧＢ６５−２３２Ｃというオプションボードが用意されておりますので簡単に接続できます。下の図はマイコンとつなぐ場合のイメージです。ＡＧＢ６５シリーズは各ボードに固有のＩＤがあり、これを変更できるタイプのものは１つのシリアルラインに同じ種類のボードを複数接続することができます。４ＦＳの場合は１つのシリアルラインに１６個のボードを接続できます。
＜Ｈ８マイコンについて＞
日本では、書籍や解説ページが沢山あるＨ８マイコンボードがホビー用によくつかわれており、電子部品店などでＨ８マイコンを搭載したＣＰＵボードが売られています。国産のマイコンなのでデータシートが日本語というのも魅力です。
マイコンの開発で一番はじめにカベとなるのが開発環境ではないかと思います。Ｈ８のマイコンボードは多数販売されていますが、開発環境を自分で構築する必要が多いです。ここでは、開発環境が比較的ビギナー向けであるベストテクノロジー社のＢＴＣ０６４を使ってみます。ＣＰＵはＨ８／３６９４Ｆで、以前トランジスタ技術の付録についていたものと同じですので３６９４Ｆを持っている方も多いかと思います。
以降で使っているマイコンボードはこのＢＴＣ０６４に５Ｖ電源をつけたものです。５Ｖ電源の作り方とベストテクノロジー社の開発環境「ＧＤＬ」のインストールについてはこちらを参照ねがいます。
Ｈ８マイコンボードを使ってみる のページ
Ｈ８／３６９４Ｆマイコンボードのピン配列 ＋ 自作基板の電源出力 の図
接続
４FSはTTLレベル（０Ｖ／５Ｖ）でシリアル通信を行いますので、５Ｖ系のマイコンと直結できます。ということでＨ８マイコンとも直結できます。
センサーの取り付け・実際の接続
＜センサ取り付け＞
まずは測定するためにセンサーを固定する必要があります。４ＦＳのページに取り付け寸法がのってます。作業場に有った適当なアルミ板に取り付け穴をあけました。実際にはロボットの足裏や、外装の内側に取り付けることになります。
４点と取り付けたところです。真ん中に４箇所ネジ穴が開いてますが、これはこの裏にモジュール部を取り付けるためにあけました。モジュールの取り付け穴ピッチは２５ｘ２５ｍｍ間隔です。AGB65の取り付け穴ピッチは５ｍｍ単位なので、製図をせずに、方眼紙を板に貼りつけても正確な穴があけられるかと思います。モジュール部のサイズも、ロボットへの取り付けを考慮して２９ｘ２９ｍｍと非常に小さく作りました。
裏面にモジュール部を取り付けたところです。
＜電源ケーブル＞
モジュールは内部５Vで動いており、７．５V以上（２５Vまで）の電源が必要です。添付されている電源ケーブルは９V乾電池用のスナップがついてます。
プログラミング中はずっと通電することもあるかと思いますので乾電池を使いたくない場合はケーブルを加工して外部電源化するのもよいでしょう。私は開発中は、１Ａぐらいの出力のＡＣアダプタを使ってます。ＡＣジャックは秋葉原の電子部品店などでも売ってます（私は千石電商で買いました。）。ＡＣジャックと、４ＦＳに添付されている９Ｖ乾電池用のケーブルを切ってハンダ付けしたのが下の右の写真です。
※右の写真に「RSCに添付．．．」とありますが、４FSに添付されたものを使います。(写真使いまわし）
＜通信ケーブル＞
スタンプと４ＦＳの接続には４ＦＳに付属の通信ケーブルを使います。これはＡＧＢ６５同士を接続するように両側にコネクタが付いています。４ＦＳを増設するときは、４ＦＳ同士を接続しますのでこのまま使いますが、マスタとの接続の場合はこのケーブルの加工が必要です。
今回は、マイコンボードからヘッダピンが出ているので、一方に２５５０コネクタを取り付けしました。皆様は、このマイコンボード＋５Ｖ電源回路とまったく同じということは無いと思いますので、実際にはマイコンボードに合ったコネクタを自分で取り付けたり、直接マスタ側の基板にハンダ付けすることになると思います。
ＴＸＥラインはＡＧＢ６５シリーズ同士をつなぐときにだけ使いますので接続しないでＯＫです。写真では黄色の線ですが、線の色は決まってませんので注意して下さい（フラットケーブルを切って作っているため。別な色もある。）。
実際の接続は下の写真のようになりました。４ＦＳが立ち上がる前にデータが送信されると通信ができなくなるので、電源はＨ８マイコンと４FSの両方を同じ電源を使った方が良いです。マイコン側で起動時に４ＦＳ起動終了までウェイトしてからメインプログラムを走らせれば、間違いなく４ＦＳ側でデータが受け取れます。
その他細かい接続や注意点は４ＦＳのページを参照願います。
プログラミング〜重心を表示するプログラム
ＡＧＢ６５−４ＦＳは、それぞれの荷重を数値で取得できるだけでなく、４点から重心を割り出してＸＹ座標で返す機能もあります。ここでは、一番使われるであろうこの機能を使うプログラムを考えます。
重心読み取りのフォーマットを４ＦＳのページで確認しますと、命令６０と８０があります。８０の方が現在の荷重を中心にセットできるのでこちらの方を使ってみます。
＜命令送信フォーマット＞
[255] [ID] [長(1)] [命令(80)]
＜結果返信フォーマット＞
[255] [ID] [長(3)] [命令(80)] [X] [Y]
とありますので、単純に４バイトの命令を送って６バイト取得するプログラムを作れば良いようです。
ここで問題なのですが、H8/3694FはUARTが１つしかないので、読み取ったデータを何かに送信して表示、ということができません。3687FあたりならUARTが２つあるので、プログラムポートと別の方のUARTを４FSに接続すればGDLに付属のSIMPLTERMあたりでモニタできたので、これにすればよかった〜、と後悔しまたが、ここまでやって組み変えるのも面倒だったので、X軸の荷重状態だけをLEDで簡単に表示できるようにしました。
LEDの点灯については Ｈ８マイコンを使ってみる のページそのままなのでそちらを参照願います。（接続しているポートも同じ）P11とP12につないで、左に荷重したらP11を、右に荷重したらP12につながっているLEDを点灯させることにします。
ということで作ったのが次のプログラムです。
テキストデータはこちら H8_AGB65_4FS.c （右クリックで対象を保存）
ＧＤＬはシリアル送受信関数がついているので、データシートをあまり見ないでもシリアル通信機能がつかえますので便利です。
■行４
シリアル通信関数のバッファを宣言。（この辺りはベステクのサンプルプログラムにある）
■行７
命令のデータはこの４バイトで固定です。
■行１０
結果を格納する変数。グローバル変数にしてます。一応。
■行１５〜２２
行７で設定したデータを送信します。SCI3_OUT_DATA( ) 関数は１バイトを送信する関数です。ＧＤＬでない環境の場合はこの名前でないか、こうゆう関数が無い場合がありますので注意して下さい。Ｈ８／Ｔｉｎｙ以外のＨ８でも名称が違うと思います。
■行３２
ＵＡＲＴを設定する関数。これもＧＤＬ特有のもの。
■行３５〜３７
ＬＥＤをつないだＩＯを出力設定にして、ＬＥＤを消灯してます。ＩＯピンがＨＩＧＨで消灯、ＬＯＷで点灯です。詳しくは Ｈ８マイコンを使ってみる のページに書いてあります。
■行４０
ＧＤＬのシリアル関数は割り込みを使うので、割り込みを許可します。
■行４５，４６
ここ、重要ですが、４ＦＳが起動し終える前にデータを送ると、どこが通信開始かわからなくなり、正常ｊに通信できなくなります（非同期通信なので）。ということで適当なウェイトをかけて、４ＦＳ起動終了まで待ちます。ロボット搭載時に、マイコン側と４ＦＳ側の電源が別という構成の場合は、電源を入れる順番に注意して下さい。かならず４ＦＳが起動終了した後にデータを送信するように。
■行５２
命令送信後、ちょっとウェイトをおいてますが、ここは無くても動くかも。
■行５３〜５６
６バイト受信してます。複数のＡＧＢ６５シリーズをつないでいる場合、受信バイト数がまちまちなので、こうゆうやりかたではなくて受信割り込みなどをつかって１バイトづつ判定し、どのボードからの返答か判別する必要があります。
■行５７〜６４
返信の５バイト目がＸの重心位置（中心は１２７）、６バイト目がＹ、なので、５バイト目で判定してます。１２７プラスマイナス２０でＬＥＤが点灯します。
結果は次の通り、
 右を押すと右のＬＥＤが点灯
 左を押すと左のＬＥＤが点灯
となりました。
このような感じで簡単に重心を判定することができます。命令７０は現在の重心を記憶するので、例えば、「ロボットが現在たっている状態を記憶して、そこから重心がどちらの方向に移動したか？」
ということも簡単に判定できます。
センサー取り付けのポイント
取り付け時のポイントですが、センサー部は点なので、接触部がその点以外の場合は当然荷重を検知できません。この場合、たとえば二足歩行ロボットの足裏につける場合は、足裏が床と平行に接触する場合でないと全センサーポイントからの値を読むことができません。床が水平でない場合も同様です。これではせっかくセンサーを付けた意味が無いので、全ポイントに荷重されるように構造的に改善するしかないかと思われます。
これは重要なポイントなので、浅草ギ研では引き続き、対象物が水平でなくても４点に荷重されるようなパーツを検討していきます。これらの情報については開発が終了しだい、４ＦＳのページにてお知らせいたします。
おわりに
浅草ギ研では、４FSと同じようにコントロールできるセンサやコントローラを順次リリースする予定があります。感圧センサーだけでなく、他のセンサーやサーボモータコントローラも同様にコントロールできますので、これらを使えばロボットのアプリケーション開発に注力することができるでしょう。是非、高度なロボットを作成してみてください。
２００６年４月１６日
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