ドキュメント内目次

• 1.はじめに
  
• 2.動作シナリオ
  
• 3.機能・性能
  
• 4.システム開発項目
  
• 5.システム構成
  
• 6.購入予定物品
  
• 7.開発スケジュール
  

本ドキュメントは、MIRS1604のシステム基本設計書である。

MIRS1604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。

Fig. 1 動作シナリオ

機能の性能、及び実現方法を以下に示す。

table 1 基本機能

機能	内容	実現方法
走行	オムニホイールにより、回転せずに全方位に移動できる。	タイヤをオムニホイールに変更し、モーターとモーター制御ボードを追加する。
数字認識	数字ボードの数字を3s以内に認識する。	正体補正を調節し、正体補正を素早くする。
Webカメラによる怪盗機捜索	Webカメラによる色認識で怪盗機を認識する。	機体にL字に設置したカメラを用いて行う。設置場所は機体概形を参照。
赤外線センサによる怪盗機捜索	赤外線センサによる検知で怪盗機を認識する。	機体に八個設置した赤外線センサを用いて行う。設置場所は機体概形を参照
正体補正	２機の超音波センサのずれをなくなるようにして生体補正を行う。	機体にL字に設置した超音波センサを用いて行う。設置場所は機体概形を参照。
機体の直進走行・回転	指定した距離を直進する。また、指定した角度を回転する。	ロータリーエンコーダを用いる。
サーバとの通信	数字認識において、画像から得られた数字データをサーバへ送信する。	数字のデータをsshで送る。

メカ

メカの開発項目をtable 2に示す。

table 2 メカの開発項目

変更点	目的	担当者
標準タイヤからオムニホイールにする。	全方向移動を可能にするため。	田口
バンパーを6枚新規作成する。	タッチセンサを全方位に搭載するため。	青野
上下シャーシを新しくする。	オムニホイールにするにあたり、標準のシャーシが使えなくなるため。	田口
支柱をより長くする。	タイヤを中に入れるための、高さを確保するため。	青野
モータマウントを２個作成する。	オムニホイールへの変更により、モータが２個増えるため。	田口
ギアを4個作成する。	ロータリエンコーダの輪ゴムの代わりに使用	青野

エレキ

エレキの開発項目をtable 3に示す。

table 3 変更点

変更点	目的	担当者
タッチセンサを３つ追加する。	オム二ホイールを使用するにあたり全方位に壁を感知するため。	加藤
モータを２つ追加する。	オム二ホイールを使用するにあたりタイヤが２個増えるため。	中津川
webカメラを１個追加する。	怪盗機を発見するため	加藤
４つの超音波センサをL字に配置する。なお、超音波センサは既製品を使う。	正対補正を行うため。	志田
赤外線センサを８個搭載する。	怪盗機から発信される赤外線を感知するため。	志田
モータ制御ボードを２枚追加する。	オムニホイールを使うにあたりモータが２個増えるため、そのモータを制御するため。	小出
赤外線センサボードを作成し追加する。	赤外線センサとFPGAを繋げるため。	中津川
ドータボードを改良する。	オムニホイールを使用するにあたり標準のボードが使えなくなったため。	中津川

ソフト

ソフトの開発項目をtable4に示す。
画像処理においてOpenCV(C++)を使う為、追加プログラムはC/C++で書く。

table 4 変更点

変更点	目的	担当者
オムニホイール用の直進走行と回転のプログラムに変更する。	タイヤをオムニホイールに変更したため、平行移動などの動作ができるようにする。	梶田
赤外線センサモジュールの追加する。	赤外線センサを追加するため。	梶田
Webカメラによる色認識プログラムを作成する。	色認識により、怪盗機を発見するため。	堀住
超音波センサ追加による超音波計測プログラムを変更する。	超音波の数が追加されたため、標準機のものではそのまま使用できないため。	杉山
現場急行プログラムの改良をする。	プレ競技会の現場急行プログラムでは精度が低いため、必ず急行できるように改良する。	杉山
巡回モード時のプログラムを作成する。	戦略通りの巡回ができるようにする。	堀住
怪盗機を追跡するモード時のプログラム作成。	怪盗機を追跡し、確保できるようにする。	堀住
機体改造による各パラメータ調節	タイヤ半径や機体半径などの要素が変更されるため変更されるため。	梶田

5.1　メカニクス構成

・構成概要

table 5に機体構成部品と開発要素を示す。

table 5 機体構成部品

部品名	開発要素	個数
オムニホイール	新規に作成	4
バンパー	新規に作成	6
上下シャーシ	新規に作成	各1
支柱	新規に作成	4
エンコーダマウント	標準機の物を使用。	2
モータマウント	2個追加	4
ギア	新規に作成	4

・概形図

Fig.2(a)～(c)に機体正面、上面、右面図を示す。

Fig.2(a) 正面図	Fig.2(b) 上面図	Fig.2(c) 右面図

5.2　エレクトロニクス構成

・構成概要

配線概形図

配線概形図をFig.3に示す。

Fig.3 エレクトロニクス構成図

使用ボード

使用するボードをtable 6に示す。

table 6 使用ボード

ボード名	概要	個数
ドータボード	既存のボードが使用できなくなったため、新たに製作。FPGAから各ボードに配線するため。	１
モータ制御ボード	ボードが足りなくなったため、新たに製作。モータを制御すために使用。	４
赤外線受信ボード	赤外線の信号を整理するためのボードがないため、新たに製作。	１
超音波センサボード	1504のものを使用。各超音波センサの信号を整理を整理するため。	１
CPUボード	標準機のものを使用。	１
FPGAボード	標準機のものを使用。	１
電源分岐ボード	標準機のものを使用。	1
電源ボード	標準機のものを使用。	1

5.3　ソフトウェア構成

構成概要

• 現場急行

スタート地点から展示室入り口のダイレクションボード（以下DB）に接触するまで走行する。プログラムではロータリエンコーダを用いて、直進走行と回転を組み合わせたシーケンス制御を行う。また、タッチセンサを用いて、走行中に壁とぶつかった際に数字認識の動作を行うようにする。

• 数字認識

後退しDBに対して正体補正を行い、その後DBの数字認識を行う。正体補正には超音波センサ、 数字認識にはwebカメラを用いる。

• 巡回

以下の図のように巡回する。
Fig.1の巡回モードAはFig.4の②から③である。Fig.1の巡回モードBはFig.4とFig.5の④から⑧である。
①の後すぐに怪盗機を webカメラにより正面にいるか確認する。もし正面にいた場合は追従に移る。 つぎに、対戦機が展示室に入ってからすぐに止まってしまったかを超音波センサにより検知する。 止まってしまっていた場合は②、③の距離を短くする。 右からのスタートの場合は図とは正反対の向きに巡回する。 怪盗機を巡回中に発見したら追従に移る。

Fig.4 巡回経路1

Fig.5 巡回経路2

• 怪盗機検知

検知はwebカメラと赤外線センサを組み合わせて行う。怪盗機を発見できていない巡回中はwebカメラの画像処理による検知を優先とし、 赤外線センサで検知できるようになったら、赤外線センサを優先とする。webカメラの画像処理による検知は画像中の赤色の割合により方向を推測するものである。 赤外線センサによる検知は怪盗機から発信された赤外線を受信することにより方向を推測するものである。

• 追従

怪盗機を追従する。追従中に壁にぶつかり、タッチセンサが反応した場合は回避動作を行うようにする。追従中に怪盗機を見逃した場合は超音波センサにより壁との距離を検知し、巡回に戻る。

モジュール一覧

table7 モジュール一覧

モジュール名	機能	開発要素
pilot	MIRSの動作全体を制御する。	既存のものを使用する。
brain	動作シーケンスを管理する。	新規に作成する。
OpenCV	画像処理を行う。	新規に作成する。
device	デバイスファイルをOpen/Closeする。	赤外線センサとwebカメラを追加する。
direction	正体補正をする。	オムニホイールに変更するため、対応させる。
camera	画像を取得する。	新規に作成する。
Infrared	赤外線センサの信号を処理する。	新規に作成する。
uss	超音波計測を行う。	超音波センサの数が4個になったため、対応させる。
io	ON/OFF IOデバイスのデータを処理する処理する。	既存のものを使用する。
comm	サーバとの通信を行う。	既存のものを使用する。
run_ctrl	走行、回転の制御を行う。	オムニホイールに変更するため対応させる。
distance	走行距離を管理する。	オムニホイールに変更するため対応させる。
vel_ctrl	モーターの速度制御を行う。	オムニホイールに変更するため対応させる。
encoder	エンコーダ値を管理する。	既存のものを使用する。
omni_ctrl	オムニホイールの制御を行う。	新規に作成する。
motor	モーターの管理を行う。	モーターの数を4個に変更するため対応させる。

モジュール構成図

Fig.6 モジュール構成図

購入予定物品をtable 8に示す。

table 8 購入予定物品

物品名	個数	要求	製品詳細	購入先	単価	小計
モータ	2	増設するオムニホイール用	型番380K75　モノタロウ ギヤードモーター	モノタロウ	4,739円	9,478円
アクリル板	2	新しいシャーシ、バッテリーボード、オムニホイール、モータマウント用	アクリル板3mm(495×1000)、アクリル板5mm(330×1000)　 アクリル板	アクリルアイ	1,680円、1,950円	3,630円
ウレタンパイプ	4	オムニホイールのローラー用	ウレタンパイプ	モノタロウ	226円	904円
針金	1	オムニホイールのローラー固定用	針金　Φ2mm	モノタロウ	259円	259円
ギア	4	ロータリエンコーダの輪ゴムの代わりに使用	3Dプリンタを使用。1gあたり3円。ギア1つあたり約6g。		18円	72円
フォトカプラ	3	モータ制御ボード用	２回路入フォトカプラ　赤外ＬＥＤ＋フォトトランジスタ　ＴＬＰ６２１－２	秋月電子通商	70円	210円
ｐチャネルMOS-FET	6	モータ制御ボード用	ＰｃｈパワーＭＯＳＦＥＴ　２ＳＪ３４９（６０Ｖ２０Ａ）	秋月電子通商	200円	1200円
ｎチャネルMOS-FET	6	モータ制御ボード用	ＮｃｈパワーＭＯＳＦＥＴ　ＩＲＦＢ３６０７ＰＢＦ　（７５Ｖ８０Ａ）	秋月電子通商	140円	840円
コンデンサ(100μF)	2	モータ制御ボード用	電解コンデンサー１００μＦ２５Ｖ８５℃（ルビコンＰＫ）	秋月電子通商	10円	20円
コンデンサ(10μF)	2	モータ制御ボード用	電解コンデンサー１０μＦ５０Ｖ８５℃（ルビコンＰＫ）	秋月電子通商	10円	20円
定電圧ダイオード(20個入り)	1	モータ制御ボード用	汎用整流用ダイオード　１０００Ｖ１Ａ　１Ｎ４００７－Ｂ（２０本入）	秋月電子通商	100円	100円
ＰＩＣ１６Ｆ６２８Ａ	3	赤外線ボード用	ＰＩＣマイコン　ＰＩＣ１６Ｆ６２８Ａ－Ｉ／Ｐ	秋月電子通商	180円	540円
合計						17,273円

Fig.7に開発スケジュールを示す。

Fig.7 開発スケジュール