1.本ドキュメントについて
2.チームコンセプト
3.戦略コンセプト
4.システム概略
5.標準機からの改善点
6.購入予定物品
7.機体概形

本ドキュメントは、競技会に向けたMIRS1603オリジナルのシステム開発について記述したドキュメントである。

「Update」

MIRS1603標準機のシステム構成をベースにしつつ、プレ競技会での反省点から得られた改善点を反映させてMIRS1603を「Update」する。「Update」の基本的な方針を以下にまとめる。

1. より小さく軽い機体

   走行の高速化と駆動時間の長時間化を実現するために、機体を徹底的に軽量化する。軽量化実現のためにシャーシの形状やパーツのレイアウトを見直し小型で無駄のない機体を開発する。 円盤状のMIRS1603標準機から、三角形をベースにした直線的なフレームにへ変更する。(7.機体概形 Fig.2 外観図 参照)
   

2. より速く細やかな走行

   怪盗機を迅速に確保するために、走行の高速化を追求する。これを実現するために、機体の軽量化に加えて距離測定のシステムを見直し新たに超音波センサによる距離測定システムを導入する。 MIRS1603標準機では、エンコーダがバッテリの特性変動の影響を受けやすく、安定した走行のために廃止することを決めた。 また、MIRS1603標準機では10m/s以下の低速での走行が安定しなかったため、その点についても修正し怪盗機確保時により細かな制御を実現できるようにする。
   

3. より扱いやすいMIRS

   よりメンテナンスしやすい機体を実現するために、各パーツへのアクセス性の向上とバッテリを交換しやすくする。MIRS1603標準機では、2段構造になっているため1段目にあるバッテリ交換がしにくくなっている。 そこで、機体を1段構造に変更することによりメンテナンス性を向上する。
   
   

1. 現場急行

   高速走行に適した機体と、超音波センサによる補正を行うことでスタート時のずれやバッテリの特性変動による影響を受けない走行、 これらにより正確に素早い現場急行を行う。
   

2. 怪盗機情報認識(数字認識)

   超音波センサを用いて正確な位置認識・位置補正を行い、Webカメラを用いて数字認識を行う。
   

3. 怪盗機探索

   超音波センサを用いて左右の壁との距離を一定に保ちながら走行することで効率の良い巡回を行う。
   スタート位置が右側の場合は半時計回り、左側の場合は時計回りに巡回する。 想定している巡回経路を以下Fig.1に示す。なお、Fig.1ではスタート位置が右側の場合を示している。
   
   Fig.1 巡回経路
   

4. 怪盗機追跡・確保

   複数の赤外線センサを用いて怪盗機の有無・方向を認識し、正確かつ迅速に追跡・確保する。
   

以下に競技会での目標を達成するためのシステムについて示す。

• 高精度で機動性の高い走行のための機体改良

  機能上必要な部品の洗い出しやシャーシ形状の最適化、駆動輪の軽量化を行う。これにより機体の重量や回転系部品の慣性モーメントを抑え,高速走行や急停止・急発進を可能とする。
  また機体形状の変更によって荷重を3点で支え、駆動輪への荷重を増加させることで、駆動輪の空転防止が期待される。

• 駆動輪の改良

  標準機の駆動輪は柔らかいため、変形による機体のふらつきが発生しやすい。これを防ぐため、硬い駆動輪を用いる。
  また旋回時の精度を向上するため、細身の駆動輪を用いる。これにより横方向の接地面の移動を制限でき、旋回時の動作が安定する。
  硬く細い駆動輪で駆動力を確実に伝えるため、粗目の紙やすりやマジックテープなどからグリップと回転抵抗のバランスがよいものを用いる。

• パーツレイアウトの検討による車体の小型・軽量化とメンテナンス性の向上

  CPUボードやFPGAボード、電源ボードといった多くのボード類のシャーシ上でのレイアウトを最適化し、機体の小型化を実現する。また、シャーシや基板の最適化により軽量化を実現し、小型化を可能とする。
  それと同時に、設計時から機体のメンテナンス性を考慮した設計を行う。それにより、バッテリの交換作業やボードの保守、点検のしやすい、メンテナンス性の高い機体を実現する。

• 複数の赤外線センサによる怪盗機の迅速な発見・追跡

前方に複数の赤外線センサを取り付けることにより怪盗機のより迅速な発見・追跡を実現する。また、MIRS1501の機体を参考にし、赤外線センサからの情報をarudinoを用いて処理する。 これによってCPUでの処理を簡略化する。

• 超音波センサ、電子コンパスによる自己位置認識・補正

MIRS1603の自己位置の認識・補正は超音波センサと電子コンパスを用いて行う。 直線では左右の超音波センサを使用して壁との距離を測定し、PI制御により その値を一定に保ちながら角まで移動する。 前と左右の超音波センサを使用して角の前に来たことを認識し位置を補正する。 このとき電子コンパスから取得した現在の方向に補正をかける。 回転できたか否かの判断と現在の巡回方向は電子コンパスにより認識する。 これにより、バッテリの特性変動による影響を受けやすいエンコーダによる距離測定を廃止する。

メカ

　　
• 車体小型化のための新シャーシの製作
　　
• 新シャーシに合わせた部品設置マウンタの設計・製作
　　
• MIRS1404の駆動輪の軽量化と滑り止めの変更
　　
• 基板の取り外しが容易にできる基板取り付け具の設計・製作
　　
• 追加センサ・基板のマウンタの製作
　　
• エンコーダの廃止
　

エレキ

　　
• 電源ボードの再製作
　　
• バッテリと電源ボード間の接続をT型コネクタに変更
　　
• 11PINケーブルを介さずドータボードとFPGAボードを直接接続
　　
• 超音波センサの増設
　　
• 赤外線センサの設置
　　
• 超音波センサ、赤外線センサのArudinoでの制御
　　
• 追加のセンサに必要となるケーブルの製作
　　
• 左右のモータ制御ボードの一体化
　

ソフト

　　
• 競技場エリア内を巡回するプログラムの製作
　　
• PIDパラメータ調整による機体の高速で安定した走行、回転の実現
　　
• 急発進、急停止への対応
　　
• 超音波センサを用いた正確な位置測定
　　
• 電子コンパス、赤外線センサなどの追加部品の実装に応じて適宜プログラムを開発

　

Table1 購入予定物品

部品名	個数	目的・理由	購入先
T型 コネクタ オス/メス	4	電源端子交換のため	千石電商
超音波センサ	4	機能追加のため	千石電商
電子コンパス	1	機能追加のため	千石電商

Fig.2 外観図