沼津高専 電子制御工学科
MIRS0703システム基本設計書
MIRS0703-DSGN-0002
改訂記録
版数 作成日 作成者 承認 改訂内容
A01 2007.7.20 全員 中島 初版
A02 2007.7.20 中島 中島 3.1.プロペラ機構の項をより適切なものへ変更
3.3.プロペラ制御用プログラムの項をより適切なものへ変更


目次








1.本ドキュメントについて

このドキュメントは、MIRS0703のシステムの基本的な設計を説明するものでる


2.システム概要

MIRS0703は、従来のMIRSに存在する無駄、誤差を極限まで削減することをコンセプトにしている。
ポスト探索には、MIRS0703の上部に付けられたプロペラを回転させることにより行い、
また、ポスト獲得には、MIRS0703側面に付けられたアームを伸ばすことにより実現する。

競技の動作概要は、
競技1回目は、競技場中央まで行き、プロペラを回しポストを探索する。
近いものからポストを獲得していく。(番号は気にしない。)
その際に、ポストの座標を記憶する。
競技2回目は、競技1回目により記憶したポストの位置情報を用い、ポストを順番通り最短距離で獲得していく。

MIRS0703は上記仕様を達成するため、ポスト探索用プロペラ、ポスト獲得用アームの2つのハードウェアを
新たに製作、搭載する。
ソフトウェアは、標準MIRSのものをベースに改良していく。




3.システムの詳細

MIRS0703システムの、ハードウェア(メカニクス)、エレクトロニクス、ソフトウェアのそれぞれについて説明する。
3.1.製作・搭載するハードウェア
MIRS0703システムのハードウェアは標準MIRSに準ずる構成を有するが、
MIRS0703固有の機能を実現するためにいくつかの変更点がある。
以下に、標準MIRSと異なる点のみ述べる。


・プロペラ機構
MIRS上部に取り付けたプロペラ状のものに、超音波センサを取り付ける。詳しくは超音波センサの項を参照。

プロペラの先端に超音波センサを取り付け、プロペラをステッピングモータで回転する。
協議規定により、MIRSからの飛び出しは5cm以内に収める。

同様のプロペラ機構を用いたシステムは、過去に多数あるが、すべて失敗に終わっている。
過去のグループを見る限り、プロペラの回転制御自体は行えているので、ハードウェア的な問題があると考えられる。
過去のグループのシステムでは超音波センサの位置が高すぎ、ポストの探索が正常に行えていないのではないかと判断し、
MIRS0703では、プロペラをL字型のフレームを用いることにより、超音波センサの位置が高すぎないないような工夫をする。
(プロペラの軸はMIRS上部に搭載するが、超音波センサの位置は通常取り付ける位置とさほど変わらないようになる。)
現時点で予想できる問題点は以上のみであるが、今後開発を行っていく上でさらに考察し、問題点を改善していく予定である。


・アーム機構
アーム機構をシャーシ下段に搭載し、MIRS本体が回転、前進することなくポストを獲得できるようにする。

ラックの先端にバンパ状の(軟らかい)ものを取り付け、ラックをDCモータに直結したギアで駆動する。
15cm動くと、タッチセンサが押され、反転・停止する。

・赤外線センサ
赤外線センサは左側面に設ける。ポストを周回する際、ポストのスイッチの発見、ポスト番号の識別を行うのに使用する。

・タッチセンサ
タッチセンサは、MIRS前方に1つ、ポスト獲得アーム機構内に一つ設ける。
前方のものは、障害物にぶつかった際回避行動をするのに使用する。
アーム機構内のものは、アームの進行方向の反転・停止に用いる。

・白線センサ
白線センサは、MIRS底面に4つ設ける。すべて白線を越えそうになったら、戻るようにするためのものである。

・超音波センサ
超音波センサは、MIRS前面に2つ、プロペラ機構に1つ設ける。
前方の物は、ポストに対して正対補正を行うのに使用する。
プロペラのものはそれを回転させ、MIRS本体が回転することなくポストを探索するのに使用する。




3.2.製作・搭載する(制御)ボード
MIRS0703システムの(制御)ボードは標準MIRSに準ずる構成を有するが、
MIRS0703固有の機能を実現するためにいくつかの変更点がある。
以下に、標準MIRSと異なる点のみ述べる。


・プロペラ制御用ボード
MIRS上部に取り付けたプロペラを制御するためのボードである。
プロペラはステッピングモータを用いて回転させる。
ポストの位置記憶の為に回転角を高い精度で操作する必要がある。
安定した電源、規則的なパルスを自由に出力できる制御ボードの製作を行う。

・アーム制御用ボード
MIRS側面に付けられたポスト獲得用アームを制御するためのボードである。
アームはDCモータを用いて回転させ、タッチセンサにより移動量を判断する、比較的な簡単な構成となっている。
モータへ安定した電力供給のできるボードを作成する。

・デュアルレギュレータボード
モータ用の電源を安定させるために用いる。

これについては牛丸先生が開発したものをそのまま用いる。

・改良型ドータボード
現在使っているドータボードには、使えないポートが複数あり、
また、新しく搭載する制御用ボードのためのポートがないため、改良し新たに作成する。




3.3.作成・改良するソフトウェア
MIRS0703システムのプログラムは標準MIRSをベースに構築されるが、
MIRS0703固有の機能を実現するためにいくつかの変更点がある。
以下に、標準MIRSと異なる点のみ述べる。


・ポスト間直接移動プログラム
MIRS0703はポスト間移動時の無駄を省くために、中心点へ戻る動作を省き、ポスト間を最短距離で移動する。
ポスト間直接移動は、各ポストの相対関係から距離・方角を計算により求め出すものである。
ポスト間直接移動に関するプログラムは過去のグループが挑戦しており、文献が多数残っている。
過去のプログラムをベースに、MIRS0703に合うよう改善していく。

・プロペラ制御用プログラム
MIRS0703ではポストの探索などに用いる超音波センサを、MIRS上部につけたプロペラを回転させることにより実現する。
プロペラを用いて探索するポストは、ポストとの距離や、方角を正確に求めることが必要となる。
これらのデータは、後のポスト間直接移動時にも使用するためである。
ステッピングモータの特性を活かし、パルスによる回転角を求めることを軸においたプログラムが必要となる。
過去のグループも同様の機構に挑戦しており、文献が多数ある。
プロペラ機構自体は失敗に終わっているが、回転制御自体は問題なく行えていたので、
過去のグループのプログラムを参考にMIRS0703向けに改良していこうと思う。

・アーム制御用プログラム
MIRS0703ではポストを獲得する際に、MIRS側面に取り付けられたアームを使用することにより獲得する。
アームは、DCモータ1個とタッチセンサ1個の比較的シンプルな構成となっている。
アームが規定量(予定では15cm)出たらタッチセンサが押下され信号が出る。
タッチセンサが押下された後、アームを元に戻す。

・ポスト探索用プログラム
MIRS0703では、ポストを周回し赤外線によりポストを判別した後、すぐさまポスト獲得動作に入る。
標準MIRSの場合、MIRS自体が体当たりすることによりポストを獲得するが、
タイムロスや、誤差が大きいため、MIRS0703ではアームを用いることにより、MIRS自体の動きを無くす。
この仕様に合うようプログラムの改良を行う。


4.製作の流れ

MIRS0703製作に関する大まかな流れを説明する。


・メカニクス担当は、各機構を設計・製作を行う。
・エレクトロニクス担当は、各制御ボードの設計・製作を行う。
・ソフトウェア担当は、MIRSにおけるすべてのプログラムを担当する。
メカ、ソフトの意見(制約)を取り入れながら、エレキは仕様に合うボードの製作を行う。

また、開発スケジュール管理は、メカ、エレキ、ソフトにそれぞれ代表者(責任者)を設け、
代表者が行っていく。





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