花島義典増田裕太山本一行渡辺理恵子

鈴木隆介中村純哉園田泰之坪内 稔

・はじめに

本資料は MIRS2001 競技規定に基づき MIRS0103 チームの作成する自立型小型知能ロボットの基本仕様を 2 月 14 日に本提出するために記述された資料である

・システム概要 （ハード１）

・ MIRS0103 システムのハードウェアは、標準 MIRS とは仕様が大きく異なってい る。そのなかでも、特徴的な点を以下にのべる。 　

・ MIRS 正面を上としたとき、上下左右 , 斜めのそれぞれ８方向に1 つずつ、計 8 つの赤外線センサが搭載されている

・ MIRS 正面を上としたとき、上下左右にそれぞれ 1 つ計 4 つの超音波センサ ( 送受 ) が搭載されている。

・ MIRS 正面を上とした時、各方向斜めの位置にそれぞれ 2 つずつ計 8 つのタッチセンサが搭載されている。しかし、これらを管理するポートは 1 つのみであるので、 MIRSは、どのセンサが反応しても、接触があった事以外を知ることはできない。

・タイヤに、オムニホイールと呼ばれる、全方向移動が可能なものを採 用している。 　　 タイヤを 4 つ搭載し、それを 2 つのモータで制御している。

・モータについているロータリエンコーダに頼らず、オプティカルマウスにより自己の位置を把握する。

・システム概要 （ハード２）

※ （注１）標準 MIRS は、 2000 年度５年生卒研の ATL-MIRS プロジェクトで開発を行った。開発ドキュメントは MIRSATLM ドキュメント管理台帳を参照のこと。

システム概要 （ソフト）

4. 　プログラムは、 C 言語でコーディングする

1. 　 RT-Linux (Ver.2.3) を OS とし、 Linux のユーザプロセス　　として行動制御プログラムを起動する。

2. 　赤外線センサ、タッチセンサからの入力は、行動制御プログラムから、　　定期的にドライバを呼び出すことにより監視する。

3. 　走行系の制御と超音波センサの制御は、 RT タスクによって行い、ｰ　　 RT-FIFO を介して必要なデータ通信を行う。

5. 　 MIRS の移動量は Linux の API をコールすることにより検出する

システム概要 （競技会行動計画）

競技会行動コンセプト

1. 1 度目の競技では、スタート位置から、正面に向かって移動する。その間、超音波センサによるポスト探索を行う。

2. ポストを発見したら、即座に獲得モードへと移行するが、この時目標 ポストでなかった場合は、その位置と番号を記憶し、通常探索モードへと復帰する。

3 ． 目標ポスト獲得時に、次目標ポストの情報を既にそれまでの探索時に得ている場合は、それを参考に探索を行う。

4. 　 2 度目の競技では、 1 度目で記憶した座標をもとに速やかにポスト獲得を行う 。

MIRS0103 本体概観

機能性能

〇外形：縦横 32[cm]×32[cm] 以内に収まること。

〇走行性能 ：最高速度：未定 [m/sec]

〇ライントレース精度：

1[m] の直線をトレースしたとき、移動中の左右のシフトが ±10[cm]以内で、

左右の方向のぶれが ±10[ 度 ] 以内であること。また、目的地点での停止位

置が半径 10[cm] 以内の円内にあり、方向は ±10[ 度 ] 以内にあること。

　

機能性能 (その 2)

・超音波測距センサ性能

滑らかな平面および直径 20cm の円筒側壁と正対した状態で

測定範囲： 0.2[m] 以上～ 2.0[m] 以下 測定誤差： 3[cm] 以内

・赤外光検出センサ性能

競技規定のポストが発光する赤外線の正面 40cm 以内に接近　　　　　したときこの赤外線を検 出できること。

・全面バンパ型タッチセンサ

　　バンパの形状は外形図を参照すること。バンパはマシンの対して　　　前後方向に移動可能とし、通常はバネにより前方に押し出されて　　　いる。稼動ストロークは 1cm とする。バンパを押し込むのに 必要　　　　な圧力はキーボードを押下する程度の圧力で感知できること

機能性能 (その 3)

〇マンマシンインタフェース 表示機能： 接続された LCD （ 20文字 x2 行）に、ソフトウェア制御による表示が可能なこと。 入力機能： PS/2 インターフェイスから接続された 10 キーからの入力により、ソフトウェアの複　数の競技モードと試験モードの切り替え、およびシャットダウンが可能であること。

機能性能 (その４ )

〇制御回路標準 MIRS の回路基板の機能性能は MIRS データベースを参照すること。 〇電源制御機能制御回路用の電源とモータ駆動用の電源は完全に分離されていなければならない。電源は以下のスイッチによりコントロールされる。 メインスイッチ（ロック型）： 　　　　　　制御回路系のモータ系すべての電源を　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 投入／切断する。 スタートスイッチ（ノンロック型）： 　　モータ系の電源を投入する。 強制停止スイッチ（ノンロック型）： 　モータ系の電源を切断する。 　 〇電源下記電池を制御回路用とモータ駆動用にそれぞれ１個づつ計２個使用する。 公称電圧： 7.2[V] 　　容量： 1700[mAh] 以上 　　種別： NiCd電池

システム構成ツリー

エレクトロニクス回路構成／機能

ＦＰＧＡボード

＜タッチセンサ＞マイクロスイッチを用い、スイッチ押下時のチャタリングを除去した信号を送る。 障害物に衝突した場合、 MIRS がこれを認識するためにこれを使用する。

＜赤外線センサ＞赤外線センサ回路は赤外線センサの受光素子から送られてくる 1～ 3 （最大 5 ）までのの信号を処理し、信号に状態変化が起きたときに割り込み要求信号をＣＰＵに送る機能を有する。

＜超音波センサ信号＞MIRSATLM FPGA ボード超音波センサモジュールは超音波センサボードで超音波の送受信を行うためのものであり、 FPGAボード内の FPGA チップに構成される。

ＦＰＧＡボード （続き）＜液晶表示ディスプレイ制御＞MIRSATLM FPGA ボード液晶ディスプレイ制御モジュールは LCD の制御を行うためのものであり、 16文字 2 行表示可能。 FPGA ボード内の FPGA チップに構成される。

＜ハードウェア割り込みの処理＞必要によって CPU に対して割り込み信号を出力する。

＜ FPGA 内の各入出力機能の制御＞MIRSATLM FPGA ボードアドレスデコーダは ISA バスから送られるアドレスにより、 FPGA チップ内に構成される他のモジュールの選択を行うためのものであり、 FPGA ボード内の FPGA チップに構成される。

＜モーターパワー＞MIRSATLM FPGA ボード モータパワー制御モジュールは駆動モータのスピード、回転方向を行うためのものであり、 CPU から送られてくる速度データを PWM変換し、同じく CPU から送られてくる方向データと共に出力する。 FPGA ボード内の FPGAチップに構成される

FPGAボード概観

ドータボードMIRSATLM ドーターボードは、 FPGA ボードで行っているATLMIRS独自の入出力機能の制御を補助するためのボードである。

ドーターボードを通して FPGA ボードにつながる各基板に電源（ 5V GND ）を供給する。

液晶ディスプレイボードのコントラストアジャストを行う。

タッチセンサ（マイクロスイッチ）から入力されるスイッチ入力のチャタリング除去を行う。

超音波センサ選択信号によって選択された超音波センサを FPGA ボードの超音波センサ信号処理モジュールに接続する。

FPGA ボードから送られてくる MPC 信号を用いて、 MPC ボードのフォトカプラを動作させる。

PD ボードから送られてくる駆動系電源 ON 信号からパワーオン信号を作って FPGA ボードに出力する。

1. ＜ CPU ボード＞MIRS の情報処理、姿勢制御、駆動制御など各種演算を行うための CPU を積んでいて ISA ラックに積みこむことができ、ISA バスに差し込みが可能。

2. ＜フラッシュディスク＞MIRS0103 の記憶装置としてハードディスクの役割を果たす。(64MB)

3. ＜電源ボード＞電源制御ボードは、主に２つの機能を持つ。 1. 各ボードの電源として＋５Ｖの電圧を出力する回路。 2.非常停止スイッチ用コネクタにより、モーターの電源のみをカットする事を可能にする。

その他の回路構成／機能

その他の回路構成／機能

4. ＜モータパワー制御ボード＞電源ボードは以下の性能を有する。 7.2V ニッカド充電電池から供給される 7.2V を電子回路系用の +5V に変換する。 7.2V ニッカド充電電池から供給される 7.2V を緊急停止スイッチを介してモータパワー制御ボードへ供給する。 駆動系電源の状態を出力する。

5. ＜テンキー＞MIRS の電源の ON/OFF 、プログラムやモードの切り替えをするときに使う。

6. ＜オプティカルマウス＞MIRS 内の座標記録に使用する。

その他の回路構成／機能

7. ＜超音波センサ＞MIRSATLM 超音波センサボードは、ボード１つにつき超音波センサが一対搭載され、 FPGA の超音波センサ選択回路により選択されると超音波の送受信が行われる。この回路は、ゲートを組み合わせた送信回路と、オペアンプをつかった増幅回路を持つ受信回路、コンパレータを使った比較回路の 3つの回路からなる。

8. ＜液晶ディスプレイ＞実行中のモードやプログラムなど、 MIRS の状態を表示することで MIRS の走行試験などで正しい動作をしているか確認する。

9. ＜タッチセンサ＞MIRS が何かの障害物に接触したことを知覚する。

その他の回路構成／機能

10. ＜モータ＞ MIRS の駆動系としてギアを間に入れてタイヤを付けて使用 する。 MIRS0103 ではそれを二つ使って４つのタイヤを PWM 制御によって制御する。

1. 下記については標準 MIRS 基板を使用するので MIRS データベースを参照すること。

CPU ボード仕様（暫定版） MIRSATLMーDSGN-0003

FPGA ボード（暫定版） MIRSATLM ー DSGN-0003

モータパワー制御ボード製造仕様書 MIRSDBMD-SBRD-0800

赤外線センサボード製造仕様書 MIRSDBMD-SBRD-0500

超音波センサボード仕様（暫定版） MIRSATLM ー DSGN-0003

電源ボード仕様（暫定版） MIRSATLM ー DSGN-0003

エレクトロニクス回路基板外形

2. ドータボード

FPGA の 20pin ジャンパコネクタに接続したとき、 ISA ラックに収納可能なこと。

I/O 接続コネクタが ISA ラックの外に出て、ケーブルの取外しが容易であること。ただし、不必要にラックの外に飛び出さないこと。

ボード外形は詳細設計で示す。

エレクトロニクス回路基板外形

ソフトウェアビジビリティ

1. 本システムのソフトウェアビジビリティは ATL-MIRS ソフトウェアビジビリティ（暫定版）の仕様を基本とし、 MIRS0103 の各センサの個数に合わせて、変更する。

ソフトウェア

1. 待機モード　：電源が入った後にキーボード入力を受け付ける。このモードから，ポスト数入力モード， 1回目競技用初期化モード， 2回目競技用初期化モード，試験モードに移行する。 　

2. 1回目競技用初期化モード　：MIRS の現在位置の座標を 0,0 に設定する。 全ポス トを未探索に設定する。

3. 2回目競技用初期化モード　：MIRS の現在位置の座標を 0,0 に設定する。 ポストの位置を一回目の競技で見つけた座標に設定する 。 全ポストを発見済みにしておくことにより， 初めからポストに直進することができる。 　 　

動作モード•MIRS0103 では以下のモードを定義する。

ソフトウェア動作モード

•MIRS0103 では以下のモードを定義する。

4. ポスト数入力モード　：ポストの数を入力する　

5. 行動決定モード　：次に移動すべきポストを知っているなら接近モード、 知らないな　　ら探索モードに移る。 また，全部のポストを調べたなら，終了処　　理モードに移行する。

6. ポスト探索モード　：ポストの探索を行う。 前進を基本的な動きとする。

7. ポスト取得判断モード　：超音波センサでポストを感知した際に，そのポストがチェック済　　　みかどうかを判断する。 チェック済みならポスト探索モードに戻　　り，未チェックなら接近モードに移行する。

ソフトウェア動作モード

•MIRS0103 では以下のモードを定義する。

8. 接近モード　：指定したポストに，規定の位置まで接近する。 正確性を求める　　　ため， 1 度タッチセンサが接触するまで接近し， その後，一定距　　離戻る　

9. ポスト周回モード　：ポストの周りを，ポストが発信する赤外線を感知するまで 8角形　　　に周回する。

10. ポスト番号判断モード　：入ってきた赤外線信号の番号を判断し，獲得するかどうかを判　　　断する。

11. ポスト取得モード　：ポストに接触し，ポストのスイッチを押す。

ソフトウェア動作モード

•MIRS0103 では以下のモードを定義する。

12.終了処理モード　：全ポスト獲得後に，ポストの位置の記憶などの終了処理を行う。

13.試験モード

　：各モードを単独で実行する

ソフトウェア モード遷移表

システム試験

1.システム試験概要 •外形試験大きさが競技規定内に納まっているか試験する。 •センサ機能試験機能性能どおりの性能を満たしているか試験する。 •規定走行試験規定の動きをするか試験する。 •競技プログラム試験設計したプログラム通りの動きをするか試験する。