最終更新日:2014.12.12

目次

1. はじめに
2. システム概要
3. 動作シナリオ
4. 機能・性能
5. システム開発項目
6. システム構成
7. 購入物品
8. 開発スケジュール
9. おわりに

1. はじめに

   本ドキュメントは、MIRS1403のオリジナル機体についての基本設計及び、開発スケジュールを記録に残すことを目的とする。

   
   

2. システム概要

   コンセプト:ゴキブリの逆襲

   皆大好きゴキブリの姿を模したMIRSが、怪盗を秒速ノックアウト！！
   新たに増設した各種センサ類を用いて、確実に素早く競技場を進み
   侵入してくる怪盗を二台のカメラで確実に発見する。
   怪盗発見後はゴキブリのような素早さで怪盗に接近し、搭載した針球により風船を破壊する
   

3. 動作シナリオ

   MIRS1403機体の動作シナリオを、フローチャートとして以下に示す。
   

4. 機能・性能

   システム概要で述べた機能の性能、及び実現方法を以下に示す。
   

   基本的な動作に関する機能

   機能	実現方法	標準機からの変更点	担当者
   直進走行を行う	超音波センサやタッチセンサの情報を元に、常に直進走行を行えるように補正する。	超音波センサを四つに増やした点。設置場所は機体概形を参照。	野澤
   自己位置を把握する	マップ情報を予めMIRSに入れて置き、 各センサ類及び、ロータリエンコーダによって現在の位置を把握し続ける。	超音波センサを四つに増やした点。設置場所は機体概形を参照。	野澤、堀部
   必要量回転を行う	各センサ類やカメラからの情報をもとに、必要回転角度を算出し、 ロータリエンコーダを用いて正確な回転を行う。	カメラの映像も回転角度の算出に用いる点。	野澤
   画像処理を行う	機体前方部、後方部にそれぞれ設置予定のWEBカメラにより画像を撮る。	正面部に設置してあるカメラに加え後方部にも新たにカメラを設置する点。 計二つのカメラを設置する。具体的な設置場所は機体概形を参照。	野澤、堀部

   怪盗機に関する機能

   機能	実現方法	担当者
   敵機位置を把握する	怪盗捜索中はカメラからの画像の中で、赤の色合いが大きい方へと移動する 移動中も適宜画像処理を行い、常に赤が多い方へと進行方向を補正する。	野澤、堀部
   走行速度を向上する	シャーシの素材をアルミ複合板に変更し、MIRS自体の軽量化によって走行速度を上げる。	五十棲、古儀
   怪盗の風船を割る	機体正面部、後方部にそれぞれ針を設置する。 これにより、追跡中、怪盗に激突した際に怪盗の風船を割る。	五十棲、古儀

   娯楽性の高い機能

   機能	実現方法	担当者
   外見に親しみを持ってもらう	シャーシにデコレーションを施す。	新谷、部谷
   エレクトロ二カルパレードを行う	複数のLEDとスピーカーで派手な演出を行う。	新谷、部谷

   非機能要求

   非機能要求	実現方法	担当者
   メンテナンス性を向上する	ロボットのシャーシ上に基板を箱状に並べることにより、 不具合が生じた際の取り付け・外しの手間を省く。 基板の回りから出たケーブル類を箱の中に通すことで、 絡まりにくく、外見がすっきりする。	五十棲、古儀

5. システム開発項目

   システム開発項目を以下に示す。
   また、具体的に変更する点をシステム構成に示す。
   

   システム項目	内容
   タイヤ・シャーシ・バンパの変更	タイヤ、シャーシ、バンパを変更することでMIRSの重量を軽くし、MIRS自体を小さくする。
   怪盗確保の為の針玉と支え棒を作成	怪盗機にぶつかった際に風船を割るために針玉を搭載する。
   新規モータ制御ボードの作成	新しくモータドライバを調達し、新規モータ制御ボードを作成する。
   電源ボードの再作成	電源ボードを新しく作り直す。
   超音波センサボードの作成	新しく購入した4つの超音波センサを統括するボードを作成する。
   巡回用プログラムの作成	小部屋を巡回し、その後競技場の中心地に向かうプログラムを作成する。
   通信プログラムの作成	MIRSとサーバ間で通信を行う為のプログラムを作成する。
   画像処理プログラムの作成	DBの値及び怪盗機に設置されている風船を認識するためのプログラムを作成する。
   マッププログラムの作成	自己位置を把握し、目的の場所へ正確に移動する為のプログラムを作成する。
   デバッグ用プログラムの作成	各プログラムが正常に動作するかを確認するプログラムを作成する。
   LED点灯プログラム作成	LEDの点灯プログラムを作成する。 LED自体は市販の物をMIRSに貼り付ける形で使用する。
   音楽再生プログラムの作成	MIRSの動作開始と共にエレクトロニカルパレードの音楽を再生する。
   シャーシにデコレーションを施す	MIRSをゴキブリっぽくする。

6. システム構成

   1. メカ二クス構成

      担当者 : 五十棲・古儀
      

      1. 構成概要

      構成概要

      開発概要	目的・理由	担当者
      シャーシの素材をアルミ複合板に変更する	車体重量軽減による走行速度上昇。アルミ板に比べ加工しやすい	古儀
      シャーシのサイズを変更する	シャーシのサイズを標準機の2/3にする。これにより壁と接触しにくくなり、タッチセンサの余計な反応を減らせる	古儀
      シャーシの形状を円形にする	壁に引っかかる頻度の低下。	古儀
      バンパを変更する	シャーシの形状を円形にするにあたって、それに合わせた形のバンパを作成する。	古儀
      木製ボードを作成する	機体中心部において各ボードを仕切り、ボード類が直接アルミ複合板に触れないようにするための板を作成する。 絶縁体である木材を使用することで、回路が導通することを防ぐ事が出来る。	五十棲
      ボードの置き方を縦置きに変更する	省スペース化。	古儀
      上段シャーシに針玉と支え棒を搭載する	怪盗の風船を割る為。 正面部、後方部にそれぞれ一つずつ支え棒と針球を設置する予定。	古儀
      バッテリーの置く位置を変える	バッテリーを取り外しやすくする為、又、メンテナンス性の向上の為	古儀

      2. 機体概形

      機体概形を図として以下に示す。 。

      3. 主要部品表

      主要部品表

      要素	概要	個数
      シャーシ	アルミ複合板で作成。上下ともに新規作成。直径270mm	2
      タイヤ	アルミ製。昨年度MIRS1303班が使用していたものを使用。直径115mm	2
      バンパ	壁に引っかかる頻度の低下。	3
      超音波センサ取り付け金具	15×15のアルミアングル材を使用して作成	4
      木製ボード	200mm×100mm×3�o木材に穴を開けることで加工する。	6
      モーター	標準機のものを使用する。	2
      ロータリエンコーダ	標準機のものを使用する。	2
      針玉	アルミ複合板を用いて新たに作成する。 針部分はアルミのささくれを用いて作成する。	2
      支え棒	8mmのアルミパイプ棒を用いて新たに作成する。	2

   2. エレクトロ二クス構成

      担当者 : 伊藤・大塚・新谷・部谷・堀水
      

      1. 構成概要

      構成概要

      開発概要	目的・理由	担当者
      超音波センサーを今年度新たに購入するもの×4(パララックス社#28015)に変更する	動作が安定化し、3cm〜335cmまで測定可能になる。 機体の縮小化の為、超音波センサを設置できる場所が制限された。 その為、超音波センサの設置場所を工夫して距離を稼ぐことが難しい。 よって、特に工夫をしなくても既存の超音波センサよりも性能が良いパララックス社＃28015に変更する。	新谷、伊藤
      カメラを正面部と後方部にそれぞれ一つ設置する	怪盗の発見時、発見した状態からそのまま追跡動作に入れる。	五十棲
      電源ボードを再作成する	2ピンコネクタをDCジャックに変更する。 又、基板自体の半田がいくつもはがれてしまっているので、基板自体を新たに作り直す。	大塚
      新規ケーブルを作成する	電源ボードのコネクタをDCジャックに変更するに当たって、作成する必要が生じた。 又、モータ制御ボードもギボシ端子に変更する為、ケーブルを作成する必要がある。	五十棲、部谷
      タッチセンサをMIRS後方部に設置する	バック走行を行ったとき壁を検知する為。	五十棲
      LEDを使用した外装を作成する	観客の目を引く為。	新谷、部谷
      USBミニスピーカを用いて音声を出す。	観客の気を引く為。	新谷、部谷
      新規モータ制御ボードを作成する	モータの必要電圧に適うモータドライバが必要になった為、新しく作成する。 上記の仕様を満たしたモータドライバが要求している電圧が高いため、 駆動用バッテリーを二つ確保し、バッテリーを直列に繋ぐことにより14[�D]の電圧を確保する。	堀水

      2. 構成図

      構成図を以下に示す。

      3. 使用ボード・部品一覧

      使用ボード・部品一覧

      部品・ボード名	概要
      超音波センサ×4＋ボード	一つのボードで四つの超音波センサを管理する。
      電源ボード	コネクタをDCジャックに変更
      新規モータ制御ボード	基板の強度を上げるため、ガラスのユニバーサル基板を使用。 標準機の2倍以上の電流をモータに流すため、フォトカプラ以降に太い導線を使用。
      CPUボード	標準機のものを流用。
      FPGAボード	標準機のものを流用。
      LEDボード	市販LEDを使用したLED外装のON／OFFを制御する。
      バッテリー	駆動系用バッテリーが２つと制御用のバッテリーを１つ確保している。
      USBミニスピーカー	MIRS動作開始時に音楽を再生する。

   3. ソフトウェア構成

      担当者 : 野澤、堀部
      

      1. 構成概要

      巡回を行う

      　超音波センサとロータリエンコーダを用いて走行し、小部屋へ入って宝を確認する。壁に接触した場合、タッチセンサと超音波センサを用いて想定した経路に復帰する。
      競技開始後この巡回を開始し、怪盗が入ってくるまで実行される。

      サーバとの通信

      　機体に搭載した無線LANを用いてサーバとの通信を行う。
      機体からデータの送信を行うタイミングは、巡回中に宝を発見したときである。
      データの受信を行うタイミングは、怪盗が競技場に進入したとき、怪盗を確保したときである。
      データの送受信の具体的な内容は、プロジェクトチームから情報が公表され次第、決定する。

      怪盗を確保する

      　 怪盗を発見した後確保に向かう。怪盗が画像処理により発見できた場合に、ゴキブリのようにすばやく怪盗に向かっていく。
      見失ってしまった場合はマップデータと見失った場所を照らし合わせて怪盗が向かったと思われる候補地へ向かう。

      画像処理を行う

      　 機体の前後に設置されたカメラで写真を撮る。撮影した写真を画像処理することにより怪盗の位置を確認する。
      写真を複数枚撮って処理することで怪盗の移動する方向がわかる。
      また、場合によってはDBを読み取ることで自己位置把握の補正を行う。

      マッププログラムを活用する

      　 事前に用意したマップデータをインポートし、走行した経路より自己位置を把握する。
      巡回および怪盗確保のときも常にマップは確認し、異常な位置へ行くことを防ぐ。
      ときおり超音波センサにより壁との距離を測り、自己位置を補正する。
      自己位置を把握し、マップデータと比較することで目的地への経路を算出する。

      デバッグ用プログラムを用意する

      　 モジュール構成図に示す各モジュールの機能が想定どうりに動作するかを個別に試験する。
      プログラムは各モジュールごとに1個ずつ用意し、そのモジュールの最低限の動作を保障する。
      また、プログラムの動作中に動作状況を標準出力する。

      2. モジュール構成図

      3. モジュール一覧

      モジュール一覧

      モジュール名	用途	概要	依存モジュール	担当	備考
      g-mirsak	機能統合	各モジュールを呼び出し統合する。	thief,sequence,map,server	野澤、堀部
      run	走行制御	直進及び旋回を行う。	motor,uss	野澤
      thief	怪盗確保	怪盗発見後の追跡動作を行う。	run,camera,map	野澤
      sequence	最初の動作	最初の小部屋へ行き宝を確認する。	run,camera,map	堀部
      map	地図情報管理	競技場データのインポート、ルート計算を行う。	run	堀部
      camera	画像処理	怪盗およびDBの判断を行う。	無し	野澤
      uss	USS管理	USSボードの処理を行う。	無し	野澤
      touch	タッチセンサ管理	タッチセンサの管理を行う。	無し	野澤
      motor	モータ管理	モータの管理を行う。	無し	野澤
      server	データの送受信	サーバとのデータの送受信を行う。	無し	堀部

      上記のモジュールについて個別にテストプログラムを作成する。

7. 購入物品

   品名	販売元	型番	価格	個数
   超音波センサ	青木研究室	超音波レンジファインダー#28015	1250円	4個
   ギボシ端子	ホームアシスト（柿田川店）	ギボシ端子30個セット	648円	1パック
   アルミ複合板	ホームアシスト（柿田川店）	複合板両面600×600 CGGGO グレー	1512円	1枚
   木材	ホームアシスト（柿田川店）	アカチス材 600×100×3	330円	3枚
   電池	秋月電子通商	００６Ｐ形アルカリ電池（６Ｆ２２）9Ｖ　ゴールデンパワー（五個セット）	200円	1シート
   モータドライバ	秋月電子通商	TB6643KQ	250円	2個
   PICマイコン	秋月電子通商	PIC16F630−�T/P	100円	6個
   Ｄサブコネクタ	秋月電子通商	Ｄサブコネクタ9P・メス（半田付けタイプ）	40円	3個
   Ｄサブコネクタ用シェル　9P	秋月電子通商	Ｄサブコネクタ用シェル　9P	50円	3個
   積層セラミックコンデンサ	秋月電子通商	積層セラミックコンデンサー0.1μＦ50ｖ (25個入)	100円	1パック
   ヒートシンク	秋月電子通商	放熱器（ヒートシンク）25ｘ24ｘ17mm	40円	2個
   片面ガラス・ユニバーサル基板	秋月電子通商	片面ガラス・ユニバーサル基板2.54mmピッチ（210ｘ155mm）	550円	2枚
   タッチセンサ	マルツオンライン	【SS-5GL】ﾏｲｸﾛｽｲｯﾁ OMRON製	160円	2個
   ラッカースプレー　黒	ホームアシスト（柿田川店）	サンデーペイント　鉄部、木部用ラッカースプレー　黒 400ml	838円	1本
   ＲＳ２３２ＣインターフェースＩＣ	秋月電子通商	ＲＳ２３２ＣインターフェースＩＣ（ＤＩＰ）ＡＤＭ３２０２ＡＮ（２個入）	300円	1セット
   虫ピン　0.7×26　約100本入り	ホームアシスト（柿田川店）	虫ピン　0.7×26　約100本入り	135円	1ケース
   発砲スチロール　しんちゃーん 25φ　１５個入り（4979874295）	ホームアシスト（柿田川店）	発砲スチロール　しんちゃーん 25φ　１５個入り（4979874295）	320円	2袋
   引きバネ	ホームアシスト（柿田川店）	引きバネ	316円	2個
   タクトスイッチ（黒色）	秋月電子通商	タクトスイッチ（黒色）	20円	2個
   ＰＩＣマイコン　ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ−２０Ｉ／Ｐ	秋月電子通商	ＰＩＣマイコン　ＰＩＣ１６Ｆ８４Ａ−２０Ｉ／Ｐ	500円	2個
   丸ピンＩＣソケット　（18P）	秋月電子通商	丸ピンＩＣソケット　（１８Ｐ）	80円	2個
   トランジスタ２ＳＣ１８１５ＧＲ　６０Ｖ１５０ｍＡ　（２０個入）	秋月電子通商	トランジスタ２ＳＣ１８１５ＧＲ　６０Ｖ１５０ｍＡ　（２０個入）	200円	1パック
   絶縁型ラジアルリードタイプ積層セラミックコンデンサ　０．３３μＦ５０Ｖ５ｍｍピッチ	秋月電子通商	絶縁型ラジアルリードタイプ積層セラミックコンデンサ　０．３３μＦ５０Ｖ５ｍｍピッチ	40円	2個
   絶縁型ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー０．１μＦ５０Ｖ１０個入５ｍｍ	秋月電子通商	絶縁型ラジアルリード型積層セラミックコンデンサー０．１μＦ５０Ｖ１０個入５ｍｍ	100円	1パック
   電池ボックス　単３×２本用 ＢＨ−３２１−１ＡＳ	秋月電子通商	電池ボックス　単３×２本用 ＢＨ−３２１−１ＡＳ	60円	1個
   アンプモジュール	秋月電子通商	１０Ｗ＋１０ＷステレオＤ級アンプモジュール（ＵＳＢＩ／Ｆ付き）	600円	1個
   マイクロスピーカーユニット	秋月電子通商	ＨＤＲ９２２５−０１００２０	100円	1個
   三端子レギュレータ	秋月電子通商	ＬＭ２９４０ＣＴ−１２	100円	2個
   放熱器	秋月電子通商	放熱器（ヒートシンク）２５ｘ２４ｘ１７ｍｍ	20円	1個
   三端子レギュレータ	秋月電子通商	ＬＭ２９４０ＣＴ−５．０	100円	2個
   基板取付用ＵＳＢコネクタ（Ｂタイプ　メス）	秋月電子通商	基板取付用ＵＳＢコネクタ（Ｂタイプ　メス）	50円	2個
   合計	16039円

8. 開発スケジュール

   MIRS1403の開発スケジュールを以下に示す。
   (開発スケジュール表)

9. おわりに

   今回のドキュメント作成も前回に引き続きギリギリの工程となってしまいました。
   次こそは絶対にこの反省を生かすと、そう決めました。
   班員に対する指示が遅れてしまったのが、最大の反省点です。
   以降のドキュメントはスムーズに進行させていきます。