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ＡＶＲマイコンと感圧センサAGB65-4FSの接続
はじめに
　ここでは AVRマイコン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。
ＡＶＲ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。

　


＜ＡＶＲマイコンについて＞
　日本ではホビー用としてＨ８やＰＩＣと同じように使われているマイコンにＡＶＲというものがあります。ＡＶＲマイコンには、Ｃ言語でのプログラミングに考慮されたAT-megaシリーズがあり、浅草ギ研で販売しているロボットキット「AT-WALKER」にはベストテクノロジー社のＡＴ−ｍｅｇａ３２マイコンボード、ＢＴＣ０６７が使われています。
　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。ベストテクノロジー社ではAT-mega32用のC言語開発環境ＧＤＬを無償で公開しており、これは本来であれば自分で構築しなくてはならない開発環境の設定があらかじめされている、という便利なもので、ビギナーでもすぐにプログラミングを始めることができます。
　以降では、ＡＴ−ＷＡＬＫＥＲのマイコンボード（ＢＴＣ０６７に５Ｖ電源回路を追加したボード）を使用した接続・プログラミング例を紹介します。他のＡＴ−ｍｅｇａのマイコンボードや、自作マイコンボードを作っている方も大体同じですので参考にしてください。
　 書籍で作るボードの完成品。５Ｖ電源基板の上にＢＴＣ０６７が載っている

　AT-mega32のプログラミングについては、浅草ギ研より出ている書籍「二足歩行ロボット製作超入門」に詳しく書いてあります。また、浅草ギ研ではこのＡＴ−ｍｅｇａ３２マイコンボードだけの販売もおこなっております。（上の写真の真ん中の部分だけ）


ＢＴＣ０６７の改造

　この節は、ベステクのＢＴＣ０６７（ＡＴ−ＷＡＬＫＥＲボードの上にのってるもの）を使用する場合に必要な処理ですので、自作のマイコンボードなどの場合は飛ばしてもＯＫです。

　ＢＴＣ０６７の場合、シリアルポート通信ポートはプログラムポートも兼ねており、ＰＣと通信ができるような外部回路がついています。この影響により、受信（ＲＸ）を使用とすると問題が発生しますので、若干改造をする必要があります。送信の場合（ＴＸを使用）は問題ありません。

　下はＢＴＣ０６７についてくるマニュアルの回路図です。（Ｒ８０がどうの、という記載は無視してください。図を使いまわし。）


　ＪＰ１は出荷時にはつながっており、ＰＣからプログラムが受けられるようになってます。

　下の図は実際にこの状態でＲＸにデータを受けたときの波形です。
　下の図のレンジは１マス２Ｖで、Ｈｉｇｈの状態は５Ｖですが、ＬＯＷが０Ｖではなく２．２Ｖ近辺に上がってしまいました。実際にプログラムでデータを受け取ろうとしましたがこの波形では全てＨｉｇｈと認識されてしまい、データは受け取れませんでした。



　ＢＴＣ０６７ではＪＰ１の接続を切れますので、ＭＡＸ３３１３（上の図の右のＩＣ）の影響が出ないようにするために、ＪＰ１を外して実験してみます。

　基板中央右に四角に囲まれた　ＪＰ１　というところがあり、ハンダが盛られています。このハンダを取り去ると接続を切ることができます。



ハンダ吸い取り線でハンダをとりました。（実際にはこの上からハンダゴテをあてます）



　ＪＰ１のハンダが取れて、接続が切られているのがわかります。



　波形を観測すると、今度はきちんとＬＯＷが０Ｖまで下がり、データを受け取ることができました。


　が、しかし、今度はＭＡＸ３３１３の接続が切られているので、新しいプログラムを入れようとするとＡＶＤＵＤＥ(*1)を起動してもプログラムが転送されません。
(*1)ＧＤＬで作ったプログラムをＡＴｍｅｇａ３２に転送するプログラム。詳しくは浅草ギ研の書籍「二足歩行ロボット製作超入門」かＢＴＣ０６７のマニュアルを参照。

　この対策として、ここではＪＰ１にプッシュスイッチを取り付けて、「プログラムを転送している間はスイッチを押す」ということにしました。



これで、プログラムの書きこみも、ＲＸを使うこともできるようになりました。

ついでに、通信に使うピンにヘッダピンを取り付けて作業しやすくしました。
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AVRマイコンとも直結できます。（電源が違う場合、例えば３．３Vなど、の場合は電圧変換回路が必要です。）下は通信ラインの接続図です。電源やセンサーの接続などは省略しています。

　　
AT-mega32は、シリアルポートが１つしかありませんので、取得したデータを別なシリアルラインでモニタするということができません。ということで、PC0とPC1にLEDを取り付けて、重心位置によって光らせることにしました。５VラインはPDｘの横から取ってます。注意点ですが、AT-WALKERのマイコンボードはPCｘにサーボ接続用のピンヘッダがついてますが、真ん中のラインはサーボ電源の＋に接続されるようになっているので５Vは来てません。PCｘ以外のところから５Vを取る必要があります。
AT-mega128などの場合は、シリアルポートが複数あるので、１つを４FSにつないで、別な方から結果を出力（PCなどでモニタ。）ということもできるでしょう。

LEDの点灯については書籍で詳しく解説してます。

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点を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AVR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。

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　AVR_4FS.c　（右クリックで対象を保存）

■行１〜３
ヘッダファイルインクルード

■行５〜７
変数宣言。行５はシリアル通信用バッファ、行６は４FSに送るデータの配列、行７は受け取るデータ。

■行９〜１９
ウェイト関数。詳しくは本に書いてあります。

■行２２〜２８
４FSに命令を送るところ。rs_putc( )関数は１バイト送信する関数です。GDLでない場合はこうゆう関数は無いと思いますので、自分で特殊レジスタを操作して送信することになります。

■行３３〜３５
シリアル通信を行う設定などの準備。

■行３６，３７
LEDにつないだピンの設定。Lowで点灯、Highで消灯します。これも本に書いてあります。

■行３８
ココ重要です。４FSが立ち上がる前に通信を開始すると、どこが通信はじめかわからなくなるので、起動時に４FSが立ち上がるまで待ちます（非同期通信なので）。２秒待ってますが、１秒でも大丈夫。

■行４２〜５４
命令発行−＞６バイト受信−＞LED処理、を繰り返します。命令８０は起動時は無負荷時で中心を返します。中心は１２７です。ここから重心がX方向（５バイト目、rcv_data[4]に格納される）にプラスマイナス２０ズレるとLEDが光ります。６バイト目はY方向の重心なので、こちらでY方向を判定できます。



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２０日
　
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