動きのモデリング with mindstorms nxt

動きのモデリング with Mindstorms


久保秋真（Shin Kuboaki）

[email protected]

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諸事情により、実際に受けた方の観たスライドとは若干異なりますが、あしからず…。


Agenda

Mindstormsがあるとできること Mindstormsの紹介いろいろな動くモノが制作できるよモデルから作ったプログラムを動かしてみよう

動きをみてモデルに表す演習システムの動きを見てモデルで表現しよう

内部の構造を踏まえたモデルを考える

構造の情報を付加してモデルを見なおそう

モデルを見てロボットを動かす演習

モデルを見てシステムの動きで表してみよう

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Mindstormsがあるとできること

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Mindstormsがあるとできること

Mindstormsの紹介

プログラムをビルドして転送して動かしてみるよ

いろいろな動くモノが制作できる

写真や動画などを紹介します

作ったモデルが動かせる

モデルを作ってコードにして動かすまでを紹介

手動モデル変換

MDDツールで自動生成（BridgePoint, BricRobo？）

今回はガマン。

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© The LEGO Group.

Mindstorms NXT

レゴブロックを使ったロボット製作キットコンピュータ教育やロボット体験学習に活用小学校から大学、企業

各種センサ、モーターが利用可能サードパーティ製もある

ソフトウェア開発環境の提供 Robolab、C言語、Java、その他

クロス開発 PCで開発し、ロボットに転送して動かす

光センサタッチセンサ

サウンドセンササーボモータ

ジャイロセンサカラーセンサ

超音波センサ

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インテリジェントブロック NXTの構成

MPU： Atmel社の32bitのARM7（クロック48MHz）

RAM： 64Kbyte、フラッシュメモリ 256Kbyte（プログラムとデータが入る）

単3電池6本またはリチャージブルバッテリで動作

コンピュータで作成したプログラムを、このNXTに転送して動かす

出力ポート（出力端子）【A、B、C】サーボモータやランプを接続する

NXT液晶ディスプレイ文字や記号などの情報を表示する

NXTボタン

オレンジ色：オン/エンター/ラングレーの矢印：NXTメニューの移動ダークグレー：クリア/戻る

USBポートコンピュータと接続する

スピーカー効果音などを鳴らす

入力ポート（入力端子）【1、2、3、4】センサを接続する

Bluetooth NXTとNXTの間で無線通信ができる

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Robolabのプログラム

Robolabのプログラムを見てみよう

プログラムを作る様子を見てみよう

実物が動くところを見てみよう

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C言語のプログラム

C言語のプログラムを見てみよう

プログラムを作る様子を見てみよう

実物が動くところを見てみよう

他に、Ｃ＋＋やJavaで開発する環境があります。

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いろいろな動くモノを作れるよ

仕掛けがスゴい!! LEGOテクニックの作品集 http://matome.naver.jp/odai/2133432020257402401

しばしお楽しみください…

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動きをみてモデルに表す演習

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振舞いを表すモデル（1）

振舞いのモデルシステムやプログラムがどのような働きや動きをするのか

を示すモデル

ステートマシン図（状態遷移図・表のなかま）、シーケンス図、アクティビティ図などを使う

ステートマシン図状態とイベントに着目して振舞いを整理する図

イベントを待っている場所を状態と捉える

イベントが発生（発火）したときに実行する処理がアクション

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振舞いを表すモデル（2）

状態の候補（1）自分では起こせない事象を待つところ

外部からの通知待ち、タイムアウト待ちなど

状態の候補（2）同じイベントに対する処理が異なる場合、状況を分ける

条件が状態の候補になる（モード）

コンポジット状態で表現する複数の状態において同じイベントによって同じ状態、同じ

処理へ遷移する場合

コードにするときには工夫が必要

状態をチェックするテスト：

「何が起きるのを待っているところですか？」と問う

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Porterクラスの「状態」と「イベント」を洗い出そう

使うものポストイット

PROCKEYまたはマジック

作業手順グループで作業する

状態をポストイットに書き出す

待っているイベントを考えて書き出す

ある状態の処理（アクション）を考えて書き出す

関連する状態とイベントとアクションを近くに寄せる

イベント

状態A

状態B

アクション

状態は… 自分で起こせない事象を待っている場所同じ事象で異なる動作になる場所の区別

• Porterクラスのイベントは… • 関連しているクラスの操作に

よって知ることができる • Porterクラスのアクションは… • 自分自身や関連しているクラ

スの操作を呼び出すこと

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動きをみてモデルに表す演習（1）

では、予め作成済みのシステムの動きを見てもらいます

Mindstormsで作成したロボットを動かします

業務上の仕様は提供しませんので…

私が口頭で説明することばにも注意をはらいましょう

どんな動きか観測して、ポストイットにメモしましょう

状態、イベント、アクションが着目点です

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（口頭で説明した）自動搬送業務の図解

１）荷物を受け取るのを待つ

２）バンパが押されることで運搬指示を受け取ると、運搬を開始する

配達先の壁

待機場所

３）経路に沿って走行し、荷物を運搬する

４）配達先の側壁を検知すると停止する

車庫の壁

６）バンパが押されることで階層指示を受け取ると、階層を開始する

６）経路に沿って走行し、回送する

７）車庫の正面の壁を検知すると到着音を鳴らして停止する

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５）荷物が引き取られるのを待つ


動きをみてモデルに表す演習（2）

グループに分かれて演習しましょう

システムの動きを動的モデルで表現しよう

観測したポストイットを集めましょう

話し合って、システムの動きを整理しましょう

模造紙にステートマシン図を作成します

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Porterクラスのステートマシン図を描こう

使うもの前のページで作成したポストイット

模造紙

PROCKEYまたはマジック

作業手順グループで作業する

模造紙に状態を配置する（状態名をつけるのは後でよい）

配置した状態の間に待っているイベントを配置する

状態と状態の間を状態遷移の線で描いて結ぶ

遷移にイベントを割り当てる

状態にアクションを寄り添わせる

「起きるのを待っていること」か「起きるの待つ間やり続けていること」をもとに状態名を決める

まず、なにかが起きるのを待っている場所を状態として認識し…

イベントとアクションが決まってから状態名を決める

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…

ステートマシン図をまとめている様子

荷物が載った

荷物受け取り待ち

…

…する

最初の状態を指し示すラベル

最後の状態を指し示すラベル

ここが最初の状態

イベントの例

状態の例

アクションの例

状態遷移の例

…

ここが最後の状態

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みなさんのモデル図を見てみましょう

Porterクラスには、どんな状態が見つかりましたか

Porterクラスには、どんなイベントやアクションが見つかりましたか

状態、イベント、アクションは、区別がついていますか

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ステートマシン図の例

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モデルを見てロボットを動かす演習

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仕様を変更します

グループごとに違う仕様の変更を指示します

変更に合わせてモデル図を修正しましょう

修正したモデルを自分たちで確認してみましょう

このあと、どんな演習をやったのかは、ナ・イ・ショ！

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まとめ

Mindstormsがあると、いろんな動くモノが制作できる

ロボットを使った業務のモデルを考えてみた

内部の構造を踏まえてモデルを見なおしてみた

与えられたモデルを見て業務やロボットの動きを考えてみた

動くものがあると、状態モデルで考える練習ができる

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今回はガマン。


分けたら名前がついた！

分けることができると…

分けたものに名前をつけることができる

名前があると、分けたものを使うことができる

名前をつけて使えれば、別の構造を作ることができる

（数学ガール5巻より）

バンパ Poter

transport

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手で書くときもモデルとコードの紐づけが重要

UMLモデルとプログラムを結びつける技術 UMLを使ったモデリングの技術プログラミングの技術上記2つの技術を結びつける部分が

モデル変換に相当

モデリングプログラミング

UMLを使う C言語を使う

プログラムによる制御

両方を結びつける技術

モデル変換技術

結びつける技術がモデル変換。手動のコーディングであれ、自動変換であれ、結びつける方法や知識を表出化し、コード作成の技術を非属人化し再利用可能にする。

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参考資料

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オープンソースのMDDツール

BridgePointのUMLエディタ部をオープンソース化

Mentor Graphics社の発表(2012/04/18) http://www.mentorg.co.jp/products/sm/news/2012/120417.html

Yakindu

オープンソースのMDDツールキット

http://www.yakindu.org/

ステートマシン図（MDD的）、ブロック線図（MBD的）

シミュレーション環境

JavaやCのコード生成

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YAKINDUのシミュレーション

MDD_YAKINDU_Workbench.pdf より BAIKEM Netzwerktreffen “Embedded Systems” – Munich/Germany , July 12th 2011

BridgePointのベリファイアと同様のことが実行できる MBDツールのブロック線図と同様のことができる

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久保秋真（Shin Kuboaki）

[email protected]

― おしまい ―

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