最終更新日:2011.7.12

本ドキュメントは、MIRS1101の戦略・アルゴリズム設計及び開発工程について記したドキュメントである。

承認・2011.7.12・議事録3

目次

1. 行動戦略
2. 動作仕様
3. 機能定義
4. テスト仕様
5. 開発計画

1. 行動戦略

   走行制御の基本動作を高い精度で行えるようにすることで、各仕掛け攻略の確実性を実現する。
   迷路攻略の主軸として、迷路の攻略法として知られる左手法を採用する。
   これを実現するために、超音波センサを1つ左向きに取り付け、壁との距離を随時測定する。
   通路走行中の方向修正にもこの超音波センサを利用する。
   壁との距離を一定に保つようにすることで、方向修正を行う。
   この開発では、例外動作は通路走行中の壁への接触のみを想定する。

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2. 動作仕様

   1. 状態の定義
   2. プログラム全体概要
   3. 通路通過中の動作
   4. T字路攻略中の動作
   5. 小部屋攻略中の動作
   6. ロータリー攻略中の動作
   7. 鍵・扉攻略中の動作

   並列動作の検討

   機体の制御などを受け持つmainタスクのほかに、各種sensorを制御するsensor監視タスクを設ける。
   sensor監視タスクは、超音波センサおよびタッチセンサ、白線センサ、ロータリーエンコーダの値を常に共通変数へ書き込む。
   ロータリーエンコーダの値をリセットするときのみ、mainタスクからsensor監視タスクへ指令が出る。
   mainタスクは共通変数の値を読むことで常に最新の各種センサの状態を知ることができる。

   • 2.1.　状態の定義

     状態遷移図を以下に示す。

     
     Fig.1 状態遷移図
     

     状態の定義は以下の通り。

     • 開始：MIRS起動処理
     • 通路走行中
       

       白線検知を行いながら通路走行を行う。
       白線を検知した場合は停止し、数字認識中に移行する。
       白床を検知した場合は停止し、ゴールと判定して競技終了とする。

     • T字路動作中
       

       画像取得から数字認識処理、進路選択までを行い、各仕掛け攻略中または通路走行中に移行する。

     • 各仕掛け攻略中
       

       各仕掛けに対し、仕掛けまでの通路走行から仕掛け通過まで、行動戦略に応じた走行を行う。
       仕掛け通過を判定したら通路走行中に移行する。

     • 終了：終了処理
       

   • 2.2.　プログラム全体概要

     プログラム全体のフローチャートを以下に示す。

     
     Fig.2 プログラム全体フローチャート
     
     
   • 2.3.　通路走行中の動作
     1. 左側と正面の超音波センサを用いて、左側と正面の壁の有無を確認しながら、左側の壁に沿って前進する。⇒2.または3.へ
     2. 左側、正面ともに壁があるときは進路を右にとる。⇒1.へ
     3. 左側に壁がなければ左折する。⇒1.へ
     4. 走行中は常に白線センサをチェックし、白線が認識されればT字路動作、白床ならゴール動作へ移行する。
     
     
   • 2.4.　T字路攻略中の動作
     1. 白線まで下がる。⇒2.へ
     2. DBへ正対し、画像取得、数字認識処理を行う。
        数字が正しく認識されなければもう一度2.を行い、正しく認識できれば⇒3.へ
     3. 攻略する仕掛け、進路を選択し、選択した仕掛け攻略動作または通路走行に移行する。
     
     
   • 2.5.　小部屋攻略中の動作
     1. 左側と正面の超音波センサを用いて、左側と正面の壁の有無を確認しながら、左側の壁に沿って前進する。⇒2.または3.へ
     2. 左側、正面ともに壁があるときは進路を右にとる。⇒1.へ
     3. 左側に壁がなければ左折する。⇒1.へ
     4. 走行中は常に白線センサをチェックし、白線が認識されれば通路走行へ移行する。
     
     
   • 2.6.　ロータリー攻略中の動作
     1. 左側と正面の超音波センサを用いて、左側と正面の壁の有無を確認しながら、左側の壁に沿って前進する。⇒2.または3.へ
     2. 左側、正面ともに壁があるときは進路を右にとる。⇒1.へ
     3. 左側に壁がなければ右を向き、正面の超音波センサを用いて右側の壁の有無を確認する。⇒4.または5.へ
     4. 右側に壁があれば進路を左にとる。⇒1.へ
     5. 右側にも壁がなければロータリーに進入していると判断する。
        進路を左にとり、左側の超音波センサを用いて左側の壁の有無を確認しながら、左側の壁に沿ってロータリーを周回する。
        左側の壁がなければ、そこからロータリーを脱出する。⇒1.へ
     6. 走行中は常に白線センサをチェックし、白線が認識されれば通路走行へ移行する。
     
     
   • 2.7.　鍵・扉攻略中の動作
     1. 鍵の方向を向き、鍵を押すまで（タッチセンサが反応するまで）前進する。⇒2.へ
     2. 壁に接触しないよう、後退し180°回転する。
        正面の超音波センサを用いて扉が開いているか確認する。
        扉が開いていれば⇒3.へ。開いていなければ180°回転し、⇒1.へ
     3. 開いている扉の前まで前進し、通路走行へ移行する。
     
     

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3. 機能定義

   Table.1 関数定義一覧表

   	番号	機能名	機能概要	使用する要素
   要素機能	1-1	直進走行	指定した距離を、指定した時間で直進する。
   	1-2	回転走行	指定した角度を、指定した時間でその場回転する。
   	1-3	周回走行	指定した半径で、指定した角度を、指定時間で、指定方向に周回する。
   	1-4	超音波距離計測	超音波で物体との距離を計測する。
   	1-5	タッチセンサ認識	タッチセンサのON/OFFを認識する。
   	1-6	白線認識	白線を認識する。
   	1-7	数字認識	DB上にある数字を認識する。
   補正・復帰機能	2-1	正対補正	前面左右の超音波センサを使い、正面の板に正対する。	1-2, 1-4
   	2-2	方向補正	左向きの超音波センサを使用し、左側との壁との距離を一定に保つ。	1-1, 1-2, 1-4
   	2-3	通路復帰	タッチセンサが反応したら、通路中央に復帰する。	1-1, 1-2, 1-4, 1-5
   仕掛け通過	3-1	T字路動作		1-1, 1-2, 1-4, 1-6, 1-7, 2,1
   	3-2	ロータリー通過		1-1, 1-2, 1-3, 1-4
   	3-3	小部屋通過		1-1, 1-2, 1-4
   	3-4	鍵通過		1-1, 1-2, 1-4, 1-5
   	3-5	ゴール		1-1, 1-6
   通路走行	4-1	通路走行		1-1, 1-2, 1-4, 1-5, 1-6, 2-1, 2-2, 2-3

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4. テスト仕様

   • 単体テスト仕様

     • 走行制御
       直進走行：1mを前後左右±5cm以内の精度で直進する。(±5%)
       回転走行：90°を±4.5°以内で回転する。また、180°を±9°以内で回転する。(±5%)
       周回走行：半径35cmの円を、半径1.75cm・周回方向±18°以内で1周する。(±5%)

     • 超音波距離測定：20cmから2mまでを5%精度で計測する。(±5%)

     • 白線認識：25cm/sで走行中に幅5cmの白線を通過したとき、90%(テスト10回中9回)認識する。

     • 数字認識：50cmの距離で正対したとき、2つの数字を90%以上の確率で認識する。

   • 統合テスト仕様
     

   • 各仕掛けについて。
     どのコースを選んでも通過することになる鍵の成功率を90%とする。
     小部屋の成功率を90%、ロータリーの成功率70%とする。
     ⇒迷路全体の成功率80%以上を目指す。

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5. 開発計画

   • 標準ソフトの関数を調整して利用するもの
     

     1-1 直進走行
     1-2 回転走行
     1-3 周回走行
     1-4 超音波距離測定
     1-5 タッチセンサ認識
     1-6 白線認識
     1-7 数字認識
     2-1 正対補正

   • 新たに作成する関数
     

     2-2 方向補正
     2-3 通路復帰
     3-1 T字路動作
     3-2 ロータリー通過
     3-3 小部屋通過
     3-4 鍵通過
     3-5 ゴール
     4-1 通路走行

   競技プログラムの開発工程を以下に示す。

   Table.2 システム開発工程一覧表

   作業内容	項目		7月																				8月
   			12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	1	2	3		4	5	6
   関数調整	要素機能	直進走行																	期 末 試 験										一 日 体 験 入 学
   		回転走行
   		周回走行
   		超音波距離測定
   		タッチセンサ認識
   		白線認識
   		数字認識
   	補正・ 復帰機能	正対補正
   関数作成		方向補正
   		通路復帰
   	通路走行	通路走行
   	仕掛け 通過	T字路動作
   		ロータリー通過
   		小部屋通過
   		鍵通過
   		ゴール
   単体テスト	要素機能	直進走行
   		回転走行
   		周回走行
   		超音波距離測定
   		タッチセンサ認識
   		白線認識
   		数字認識
   	補正・ 復帰機能	正対補正
   		方向補正
   		通路復帰
   	通路走行	通路走行
   統合テスト	仕掛け 通過	各仕掛け
   		迷路全体

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