目次

1. はじめに
2. システム概要
3. 諸元
   　
   1. 外観
   2. 機能性能
4. システムの動作規定
5. ハードウェア構成
   1. システム構成ツリー
   2. エレクトロニクス回路構成／機能
   3. エレクトロニクス回路基板外形
   4. 保守交換単位
   5. ソフトウェアビジビリティ
6. ソフトウェア構成
   1. 状態遷移図 　
   2. 状態遷移表
   3. リアルタイムモニタ
   4. タスク構成／機能
   5. 試験機能
7. システム試験
   1. システム試験概要
   2. 規定走行試験
   3. 競技プログラム試験

はじめに

システム概要

ハードウェア

• 前後左右に超音波センサをそれぞれ各一個を有する。
• 前2個、左右に3個づつの赤外光検出センサを有する。
• 左右の側面にタッチセンサを各一個、前方にタッチセンサ機能をかねたスイッチ押下用バンパを六個有する。

ソフトウェア

システムの動作

諸元

1. 外観
   図1,2,3,4に本システムの外観を示す
   
   図１　シャーシ１階取りつけ図
   
   図２　シャーシ２階取りつけ図
   
   図３　正面図
   
   図４　側面図
   
   
2. 機能性能
   • 外形：縦横30[cm]×30[cm]、高さ30[cm]以内に収まること。
   • 走行性能

     最高速度：1[m/sec]

     最小回転半径：3[cm]以内

     ライントレース精度：

     1[m]の直線をトレースしたとき移動中の左右のぶれが±10[cm]以内であること。目的地点での停止位置が半径10[cm]以内の円内にあること。

     　
   • 超音波測距センサ性能

     滑らかな平面および直径30cmの円筒側壁と正対した状態で

     測定範囲：0.2[m]以上〜1.0[m]以下

     測定誤差：5[cm]以内

     　
   • 赤外光検出センサ性能
     競技規定のポストが発光する赤外線の正面40cm以内に接近したときこの赤外線を検出できること。
     　
   • 前面バンパ型タッチセンサ
     バンパの形状は外形図を参照すること。バンパーはマシンに対して前後方向に移動可能とし、通常はばねにより前方に押し出されている。可動ストロークは1cm程度とする。バンパを押し込むのに必要な圧力はパーソナルコンピュータのキーボードを押下する程度の圧力で接触を感知できる程度とする。バンパの押下はマイクロスイッチの接点のON/OFFで接触を検出する。
     　
   • マンマシンインタフェース

     表示機能：

     ソフトウェアから自由に表示内容を設定できる４桁の７segLEDを有する。

     入力機能：

     4bitのロータリDIPスイッチと押しボタンスイッチを一つ有する。スイッチの状態はソフトウェアから読むことができる。また、押しボタンスイッチの押下時ソフトウェアに対し割り込みを発生することができる。

     　
   • 制御回路
     電源制御回路以外は標準MIRSの回路を使用する。主要回路基板は５スロットのVMEラックに搭載され、VMEバスにより接続される。標準MIRSの回路基板の機能性能は下記のMIRSデータベースを参照すること。
     • CPUボード（VSBC1）仕様（現在作成中）
     • IOボード（VIPC310）仕様（現在作成中）
     • IPボード（IPDigital48）仕様（現在作成中）
     • ロータリエンコーダボード仕様（現在作成中）
     • IOSubボード仕様（現在作成中）
     • マンマシンインタフェースボード仕様（現在作成中）
     • 可逆モータパワー変換ボード仕様（現在作成中）
     • 赤外線センサボード仕様（現在作成中）
     • 超音波センサボード仕様（現在作成中）
     　
   • 電源制御機能
     制御回路用の電源とモータ駆動用の電源は完全に分離されていなければならない。電源は以下のスイッチによりコントロールされる。

     メインスイッチ（ロック型）：

     制御回路系とモータ系すべての電源を切断／投入する。

     スタートスイッチ（ノンロック型）：

     モータ系の電源を投入する。モータ系の電源投入状態はソフトウェアから読み出すことができる。

     強制停止スイッチ（ノンロック型）：

     モータ系の電源を切断する。

     　
   • 電源
     下記電池を制御回路用とモータ駆動用にそれぞれ１個づつ計２個使用する。
     • 公称電圧：7.2[V]
     • 容量：1700[mAh]以上
     • 種別：NiCd電池

システムの動作規定

ハードウェア

1. システム構成ツリー
   

   MIRS9803製造仕様書 |- MIRS9803組立図 | |- シャーシフレーム組立図 | | |- シャーシフレーム | | |- モーターｘ２ | | |- モーター取付金具ｘ２ | | |- 可逆モータパワー変換ボード | | |- タッチセンサ・ロータリエンコーダケーブル | | | |- マイクロスイッチｘ2 | | | |- コネクタ類 | | | |- ケーブル類 | | | |- ケーブル検査仕様書 | | |- 側面タッチセンサ左機構部 | | |- 側面タッチセンサ右機構部 | | |- タッチセンサ×６ | | |- 取り付けネジ類 | | |- シャーシフレーム試験仕様書 | |- 電子回路フレーム組立図 | | |- 電子回路フレーム | | |- ラック | | | |- VMEラック | | | |- CPUボード（VSBC1） | | | |- IOボードアセンブリ | | | | |- IOボード（VIPC310） | | | | |- IPDigital48ボード | | | | |- ロータリエンコーダボード | | | | |- ジャンパ設定仕様書 | | | |- IOSubボード | | | |- MMIボード | | | |- VMEラックジャンパ設定仕様書 | | |- 電源制御基板 | | |- 超音波センサ回路×４ | | |- 赤外線センサ回路×８ | | |- ケーブル接続図 | | |- 取付金具 | | |- ネジ類 | |- ケーブル接続図 | |- 電池ホルダ | |- 取付金具 | |- ネジ類 |- 電池 |- ソフトウェアインストール手順書 | |- MIRS9803（プログラムファイル） |- MIRS9803試験仕様書 |- MIRS9803取扱説明書

   
   
   
2. エレクトロニクス回路構成／機能
   図X.MIRS9803エレクトロニクス回路ブロック
   
   各部の機能
   
   
   １.ＭＰＵボード機能概要
   
   • 名称
     　　　ＶＳＢＣ−１　Single Board (68HC000) Computer Modul for the VMEbus
   • 製造元
     　　　ＰＥＰ　Modular Computers
   • ＣＰＵ
     　　　ＭＣ６８ＨＣ０００　／１２．５ＭＨｚ（１６．７ＭＨｚに変更可)
   • ＲＡＭ
     　　　１２８〜１０２４kB（現在　５１２k)
   • ＲＯＭ
     　　　６４〜　５１２kB（現在　　６４kB）
   • 必要な電源
     　　　ＤＣ　　５Ｖ（±５％），７５０ｍＡ（シリアルＩ／Ｏ非動作時）
     　　　ＤＣ±１２Ｖ　−　シリアルＩ／Ｏを使用する時に必要な場合がある。
     　　　ＲＳー２３２Ｃを使用する時は必要。
   • 基板上の電源
     　　　Ｌｉ電池 ８００ｍＡｈ
   • サイズ
     　　　１００ × １６０（ｍｍ）　（シングルハイト　ユーロカード）
   • フロントパネルの幅
     　　　４ＴＥ　（２０．３ｍｍ） 　　　　
   • フロントパネルの機能
     　　　Ｈａｌｔランプ、ＲＥＳＥＴボタン、Ａｂｏｒｔボタン、１５ピン　サブＤソケット　×２
   • 時計機能（ＲＴＣ）
     　　　ＤＰ８５７３を搭載
     　 　　　１２／２４時間時計、曜日カウンタ、アラーム、タイマ割り込み
     
   • クロック
     　 　　　ＣＰＵ　　　　×１
     　　　Ｓｙｓｔｅｍ　×１
     　　　ＲＴＣ　　　　×１
     　　　ＤＵＳＣＣ　　×１
     
   • 割り込み
     　　　７つのレベルの割り込みが可能（信号ＩＲＱ１〜ＩＲＱ７を利用）
     　　　割り込みマスクレジスタの設定が可能
   • 設定されている割り込みベクタ
     　　　レベル７　　Ａｂｏｒｔスイッチ
     　　　　　　７　　ＡＣＦＡＩＬ信号
     　　　　　　６　　ＲＴＣ／ＴＩＣＫ
     　　　　　　５　　ＤＵＳＣＣ　　　　これはオートベクタではない
     　　　　　　４　　ＳＹＳＦＡＩＬ信号
     　　　　　　３　　ＰＩ／Ｔ
     　　　　　　２　　ＳＣＳＩ
   • ハードウェア監視機能
     　　　ＭＡＸ６９１による。４００ｍｓ（変更可）ごとに合図がないと、
     　　　異常が起きたとみなして、システムをリセットする
   • タイムアウト機能
     　　　異常が発生して、データ転送が７μｓ停止した場合、信号を発生する。
   • ボード上のコネクタ
     　　　５０ピンＳＣＳＩコネクタ
     　　　４０ピンＰＩ／Ｔコネクタ
   • シリアルＩ／Ｏ
     　　　２つのポートが使用可能　（６８５６２ＤＵＳＣＣが提供）
   • オプション
     　 　　　それぞれのシリアルポートに１つずつ必要
     　　　ＲＳ−２３２Ｃ　　５０〜　７６８００ボー
     　　　ＲＳ−４２２　　　５０〜３０７２００ボー
     　　　ＲＳ−４８５　　　５０〜５０００００ボー
     　　　２０ｍＡＣループ　５０〜　　９６００ボー
     　　　光ファイバによる接続は最長１キロメートル（光ファイバコネクタを含む）
   • パラレルＩ／Ｏ
     　　　ＭＣ６８２３０ＰＩ／Ｔ
     　　　８ビット　×　２ポート
     　　　ハンドシェークピン　×　４
     　　　ハードウェア割り込み可能
     　　　タイマ割り込みが可能
     　　　光セントロニクスアダプアが使用可能
   • ＶＭＥバス関係
     　　　インターフェイス：Ａ２４　Ｄ１６／８，ＭＡＳＴＥＲ
     　 　　　コネクタ　　　　：ＤＩＮ４１６１２Ｃ型
     　　　　　　　　　　　　９６ピン、Ｐ１コネクタ
     
     ２.電源ボードの機能概要
     　　　　　
   • 各ボードの電源として＋５Ｖの電圧を出力する 　　　　　
   • ＲＳ−２３２Ｃのための±１２Ｖの電圧を出力する 　　　　　
   • ＭＩＲＳの競技中のみモータと勝敗判定装置を動作させる 　　　　　
   • バッテリによって供給される７．２Ｖの電圧を６Ｖに落としてモータにかける
     
     
     ３.超音波センサ回路の機能概要
     　　　　　
   • トリガが送られて来ると周波数40[kHz]の矩形波を0.4[ms]の間、送信回路に出力する 　　　　　
   • 受信信号を受け取ると、割り込み要求信号をＭＰＵに送る 　　　　　
   • 正しく距離計測を行うために、回りこみ波を無視する
     
     
     ４.ＰＷＭ回路の機能概要
     　　　　　
   • モータを制御する信号であるＰＷＭ信号を作り出し、方向データとともに出力する 　　　　　
   • 速度データとカウンタのカウント値との比較によりＰＷＭ信号を形成する 　　　　　
   • この信号のＤｕｔｙ比は、速度データで１２８段階に変化させている
     
     
     ５.赤外線センサ回路の機能概要・回路構成
     　　　　　
   • この回路は、赤外線周辺回路から送られてくるHigh levelもしくはLow levelの信号を処理する 　　　　　
   • 信号に変化が起きたときに、割り込み要求信号をＭＰＵに送る 　　　　　
   • またその時の各受光素子の状態は後述のレジスタを読むことにより得る
     
     
     ６.マンマシンインターフェイスボードの機能概要
     
     　マンマシンインターフェイスボードは、７ｓｅｇ．−ＬＥＤが４つ、
     　４ビットディップロータリースイッチがＧｒｅｅｎ，Ｒｅｄ−ＬＥＤが
     　各１つ、押しボタンスイッチが１つからなり、ＣＰＵと人との間に入り
     　情報交換の手助けをおこなう
     
     
     ７.ロータリーエンコーダボードの機能説明
     
     　ロータリーエンコーダボードは、ロータリーエンコーダ信号処理回路と
     　タッチセンサ信号処理回路を１つにまとめ、Industry Packの形にしたもので、
     　以下に示す機能を持つ。 　　　　　
   • ロータリーエンコーダの信号処理であるカウント機能 　　　　　
   • カウンタのリセット機能 　　　　　
   • タッチセンサによるスイッチ割り込み機能 　　　　　
   • 割り込みサイクルに必要になる割り込みVector発生機能 　　　　　
   • ソフトウェアによる割り込みマスク機能 　　　　　
   • 初期化機能
     
     
     ８.モータ制御ボードの機能概要
     　　　　　
   • ＰＷＭ回路から送られるＰＷＭ信号を実際にモータを駆動するアナログ信号に変換する 　　　　　
   • ＰＷＭ回路から送られてくる方向データによりモータにかける電圧の極性を変化させる
     
     
     ９.I/O Sub　ボード
     
     
     (1)超音波センサ送受信回路の機能・概要
     　　　　　
   • 回路１つにつき超音波センサが一対搭載され、I/O Subボード超音波センサ回路の
     　マルチプレクサにより選択されると超音波の送受信が行われる 　　　　　
   • この回路は、ゲートを組み合わせた送信回路と、オペアンプをつかった増幅回路を持つ
     　受信回路の２つの回路からなる
     
     
     (2)赤外線周辺回路・赤外線センサの機能概要
     
     　赤外線センサを受光しその変化により発生するパルス信号を引き伸ばしI/O Subボードに送る
     
     
     (3)タッチセンサの機能概要
     
     　針金などでセンサを作りそれによりマイクロスイッチ(omron SS-5GL)が押されるようにし、
     　そのON,OFFをロータリーエンコーダへ知らせる
     
     
     (4)モータ
     
     　　モータ型番：REO25-055-34EBA200A
     　　トルク定数：16,30[mNm/A]
     　　端子間抵抗：1.34[ohm]
     　　無負荷電流：53.90[mA]
     　　端子間電圧：7.2[v]
     　　ギア型番　：GPO26A037-0016b1A00A
     　　ギア減速比：16.00:1
     　　ギア効率　：76[%]
     
     
     (5)電源
     　　電池　Ni-Cd電池　1700SCR（田宮）
     　　電圧：7.2[V]
     　　容量：1700[mAh]
     
3. エレクトロニクス回路基板外形
   1. 下記についてはVMEハーフハイト基板仕様に従う。
      • CPUボード（VSBC1）
      • IOボード（VIPC310）
      • IOSubボード
      • マンマシンインタフェースボード
   2. 下記についてはIOボード(VIPC310)インダストリパック仕様に従う。
      • IPボード（IPDigital48）
      • ロータリエンコーダボード
   3. 下記については標準MIRS基板を使用するのでMIRSデータベースを参照すること。
      • 可逆モータパワー変換ボード仕様（現在作成中）
      • 赤外線センサボード仕様（現在作成中）
      • 超音波センサボード仕様（現在作成中）
      • 電源制御基板
        
        図X.電源制御基板外形図
        
        
4. 保守交換単位
   以下のものを保守交換単位とする
   　　　シャーシフレーム
   　　　モーター
   　　　可逆モーターパワー変換ボード
   　　　側面タッチセンサ左機構部
   　　　側面タッチセンサ右機構部
   　　　前面タッチセンサ機構部
   　　　ＣＰＵボード
   　　　ＩＯボード
   　　　ＩＰＤｉｇｉｔａｌ４８ボード
   　　　ロータリエンコーダボード
   　　　ＩＯＳｕｂボード
   　　　ＭＭＩボード
   　　　電源制御基板
   　　　超音波センサボード
   　　　赤外線センサボード
   　　　電池
   
   
   
5. ソフトウェアビジビリティ 本システムのソフトウェアビジビリティは標準MIRSソフトウェアビジビリティ（現在作成中）の仕様と同一である。但し、各センサの位置とIOポートアドレスの対応は下表による。bitは最上位bitがD7最下位bitがD0とし、並びはD7D6D5D4D3D2D1の順とする。

   センサ		IO port Address/bit	備考
   超音波センサ	右	FC6151/------01
   	左	FC6151/------10
   	前	FC6151/------11
   	後	FC6151/------00
   赤外線センサ	右後	FC6153/10000000
   	右中	FC6153/01000000
   	右前	FC6153/00100000
   	左後	FC6153/00010000
   	左中	FC6153/00001000
   	左前	FC6153/00000100
   	前右	FC6153/00000010
   	前左	FC6153/00000001
   タッチセンサ	右上	FC6003/-111----
   	左上	FC6007/-111----
   	前1	FC6003/-100----	前のタッチセンサは右から順に1から6まで番号をつけた。
   	前2	FC6003/-010----
   	前3	FC6003/-001----
   	前4	FC6007/-001----
   	前5	FC6007/-010----
   	前6	FC6007/-100----

ソフトウェア

1. 動作モード
   

   状態遷移図

   
   1. 初期モード：
      電源投入、システムリセットの最初の状態。
      
      
   2. ポスト検索モード＋マップ作成モード：
      中央を直進しながら前左右に超音波を発信しポストの位置を記憶させ、マップを作成する。また、進行方向にポストがありタッチセンサが反応したら、回避モードへ。ロータリーエンコーダーにより壁到達確認後は最短ルートを計算し、ルートトレースモードへ。
      
      
   3. ポスト回避モード：
      ポスト検索モードにおける進行方向のﾎﾟｽﾄの回避を行う。タッチセンサ反応後、少し後退し、超音波を発信しながらポストの周りを５４０度回転して、正面を向く。
      
      
   4. 向き修正モード：
      ポスト回避モード後、超音波センサによりマシンの向きを元の向きに直す。
      
      
   5. ルートトレースモード：
      最短ルートマップにしったがってポストに向かって移動している状態。ロータリーエンコーダで自己位置を検出しながらルートを逸脱しないように移動する。移動中、タッチセンサが反応したらポスト周回モードヘ、また、赤外線を検出したらスイッチ押すモードヘ。 二回目の競技でスタートスイッチが押されたときは、この状態に遷移する。
      
      
   6. ポスト周回モード：
      タッチセンサでポスト発見後、その反応したタッチセンサの位置が右側だったらポストのの周りを右回り，左側だったら左回りをする。赤外線を検出したらスイッチ押すモードヘ。
      
      
   7. スイッチ押すモード：
      赤外線センサを検出後、自機の向きを変えポストに衝突させてスイッチを押す。タッチセンサの反応があり、赤外線センサの反応がなっかたら、スイッチ押し数をプラスして位置修正モードへ。 検索ポスト数（ポスト検索モード＋マップ作成モードでMIRSが発見したポスト数）＝スイッチ押し数となったら初期モードヘ。
      
      
   8. 位置修正モード：
      赤外線の消灯後、ロータリーエンコーダを使用して、元の位置に戻り超音波センサで向きを修正する。
      
      

   状態遷移表

   次のモード/現在のモード	初期モード	ポスト検索モード	ポスト回避モード	向き修正モード	ルートトレースモード	ポスト周回モード	スイッチ押すモード	位置修正モード
   初期モード	−	スタートSW1押す/	×	×	スタートSW2押す/	×	×	×
   ポスト検索モード＋マップ作成モード	×	−	タッチセンサ反応/	×	ロータリーエンコダーにより壁接近確認/ポストの数出力	×	×	×
   ポスト回避モード＋マップ作成モード	×	×	−	回避/	×	×	×	×
   向き修正モード	×	向き修正/	×	−	×	×	×	×
   ルートトレースモード	×	×	×	×	−	タッチセンサ反応/	赤外線センサ反応/	×
   ポスト周回モード	×	×	×	×	×	−	赤外線センサ反応/	×
   スイッチ押すモード	タッチセンサ反応かつ赤外線センサ反応なし、検索ポスト数＝スイッチ押し数/	×	×	×	×	×	−	タッチセンサ反応かつ赤外線センサ反応なし、検索ポスト数≠スイッチ押し数/スイッチ押し数プラス１
   位置修正モード	×	×	×	×	位置修正/	×	×	−

   
   
2. リアルタイムモニタ
   MIRS用に開発されたMIRX68Kを使用する。
   MIRX68K user's manual（現在作成中）
3. タスク構成／機能
   
   図５.タスク構成図
   
   
   1. 低レベルタスク
      • task00：マンマシンインタフェースタスク
        BB（タスク間情報の受け渡しに用いる掲示板）に書かれているセンサ情報やシステムの状態をLEDに表示する。またDIPスイッチの状態をBBにに書き込む。このタスクはタイマにより一定時間ごとに起動される。
      • task01：超音波センサタスク
        ３つの超音波を順に動作させ距離情報をBBに書き込む。この戸タスクは電源投入時に起動され、常時測定を行っている。超音波発信したのち、タスクは開放され割り込み待ちになる。
        注）超音波受信もしくはタイムアウトにより再起動され距離を計算する。したがって常時計測を行っていてもこのタスクがCPUを占有することはない。
      • task02：自己位置検出タスク
        一定時間ごとに起動され、ロータリエンコーダの値から自己位置のx､y座標と姿勢角をBBに書き込む。
      • task03：赤外線センサタスク
        赤外線センサ割り込みが入るごとに、センサ状態を読み取りBBに書き込む。
      • task04：PWMモータ駆動タスク
        タスク起動時に受け渡される引数によって指定される左右車輪の速度データをPWM回路に書き込む。
   2. 高レベルタスク
      • task06：赤外線接近タスク
        ２つの前方の赤外線センサのうち中央のセンサが常に赤外線を捉えるように車輪回転数を制御しながら前進する。
      • task7: 接触回避タスク
        タッチセンサに割り込みがあったら回避する
      • task8 :軌道トレースタスク
        マップを読み込みコースを決定し常にずれがないように 車輪回転数を制御する
      • task9: ポスト獲得タスク
        赤外線をキャッチしたら、ポストに正対するように 車輪を制御し、そのまま直進する。
      • task10: 軌道復帰タスク
        ポスト獲得後軌道に復帰する。 　　　　
      • task11:試験走行タスク
        試験走行用のタスク。各種試験を行うもの。
   3. メインタスク 　　　　　
      • task5：行動計画タスク
        ｍｉｒｓ本体の行動を決定する。状態遷移図の通り動作させる。
4. マンマシンインターフェース
   マンマシンインタフェースとして以下の機能を具備すること。

   表示機能

   各センサの状態、自己位置、姿勢角および動作状態の表示。この表示は競技モードにおいても可能とする。ハートビート表示（プログラムが正常に動作していることを示すために、緑色LEDを点滅させる）。

   動作モード設定機能

   DIPスイッチによるセンサ試験モード、試験走行モード、競技モード１（一回目競技用）および競技モード２（２回目競技用）の設定。

   スタート機能

   押しボタンスイッチにより動作開始の指示。

5. 試験機能
   下記の試験機能を有する。
   • 各センサの状態を表示する機能。
   • 左右車輪の回転数と回転方向を独立に試験する機能。
   • 一辺１ｍの正方形をトレースする機能。
   • 半径１ｍの円をトレースする機能。

システム試験

1. システム試験概要
   システム試験はシステムの組立が完了した段階で、基本設計書の内容に適合しているかどうかを試験する。システム試験を実施する際には、各サブシステムで規定されるサブシステム試験に合格していなければならない。
   試験は以下の項目について行われる。
   • 外形試験
   • センサ機能試験
   • 規定走行試験
   • 競技プログラム試験
2. 試験内容
   下記仕様書による。
   MIR9803システム試験仕様書

   システム試験仕様書の作成はMIR98システム試験仕様書作成規定に従うこと。

• MIRS9803システム開発計画書(MIRS9803-proj-0002)