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. システム構成ツリー
6. ハードウェア構成
1. エレクトロニクス回路構成／機能
2. エレクトロニクス回路基板外形
3. 保守交換単位
4. ソフトウェアビジビリティ
7. ソフトウェア構成
1. 動作モード
2. リアルタイムモニタ
3. タスク構成／機能
4. マンマシンインターフェイス
5. 試験機能

1.はじめに

本仕様書はMIRS99競技規定に基づきMIRS9903の作成する自律型小型知能ロボットの基本仕様を記述する。

2.システム概要

ハードウェア

MIRS9903システムのハードウェアは標準MIRSに準ずる構成を有するが、MIRS9903固有の機能を実現するためにいくつかの変更点がある。以下に標準MIRSと異なる点を述べる。
• 超音波センサは前後左右に1対づつ付ける。但し右側の超音波センサはVMEラック上部の左端に付ける。
• 赤外線センサは右に３個、前方に２個付ける。
• タッチセンサは前方に３個（右、中、左）、左斜めと右斜めの前方に1個ずつ付ける。

ソフトウェア構成

ソフトウェアは複数のイベントドリブン型のタスクからなり、割り込みおよびタスクの管理はリアルタイムモニタMIRX68Kを用いて実現する。

システムの動作

MIRS9903システムは、所定のコースを走行し、側面の超音波センサでポストの探索をする。ポストを発見したらポストまで移動し、（この時ポストの位置を記憶）赤外線を感知するまでポストを周回する。赤外線を感知したらポストのほうを向き、スイッチを押す。押した後所定のルートに戻り次のポストを探す。２回目の競技は１回目の競技で得たポストの位置をもとに最短ルートでポストの位置まで移動する。（獲得動作は1回目と同じ。）

3.諸元

　
1. 外観
   下に本システムの外観を示す。
   ポストスクリプト形式
   MIRS9903外観図

   　　　

   
   　　　次に1階シャーシ図、2階シャーシ図を示す。 　　　　
   ポストスクリプト形式(1階シャーシ)
   　　　　
   　　　　
   ポストスクリプト形式(2階シャーシ)
   　　　　　　 　
2. 機能性能
• 外形：縦横32[cm]×32[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 : 25[cm]〜90[cm]
測定誤差：5[cm]以内

• 赤外光検出センサ性能
マシン前部の２つのセンサはポストが発光する赤外線の正面４０ｃｍ以内を感知できるようにし、そこに接近した時、その赤外線を両方のセンサで検出できるように設置する。 側面のセンサは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。
• タッチセンサ性能
外形は詳細外形図（作成中）を参照すること。小さい圧力で接触を感知できること。
• 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と赤色、緑色のLED各１個を有する。

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
電源ボード、マンマシンインターフェースボード、ロータリーエンコーダボード以外は標準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）仕様書（作成中）
• IOボード（VIPC310）仕様書（作成中）
• IPボード（IPDigital48）仕様書（作成中）
• IOSubボード製造仕様書(MIRSDBMD-SBRD-0100)
• モータパワー制御ボード製造仕様書(MIRSDBMD-SBRD-0800)
• 赤外線センサボード製造仕様書(MIRSDBMD-SBRD-0500)
• 超音波センサボード製造仕様書(MIRSDBMD-SBRD-0700)
• ロータリーエンコーダ機能
  
  　標準MIRSのロータリーエンコーダボードからタッチセンサのチャタリング除去回路部分を取り除いて使用する。標準MIRSのロータリーエンコーダボードの機能性能は下記のデータベースを参照すること。MMIボードpcb製造仕様書
• マンマシンインタフェース機能
  
  　標準MIRSのマンマシンインタフェースボードから勝敗判定装置に使用されていた部分を取り除いて使用する。標準MIRSのマンマシンインタフェースボードの機能性能は下記のデータベース参照。マンマシンインタフェースボード
  　
• 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。

  　
• 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

4.システムの動作規定

　MIRS9903システムは、一回目の競技開始と同時に前進し、タッチセンサが反応するまで進む。壁にぶつかったら、5cm後退して壁から5cm離れた探索ルート(下図参照)を、右の超音波センサでポストを探索しながら進む(この時、赤外線センサは使わない)。この位置はポストがないので回避行動をしないで探索できる。
fig.4.1
ポストスクリプト形式


　ポスト探索では、ポストを発見しても、距離が90cm以上のときは接近せず、そのまま進む。90cm以内にポストがあるときは、獲得済みか判断し、獲得済みならそのままルートを進み、未獲得なら、接近モードに移る。
　接近モードでは、MIRS前面をポストに向け、前進する。ポストに接触したら、その位置を記憶してから獲得モードへ移る。
　獲得モードでは、ポストの周りを周回し、赤外線をセンサが感知したら、ポストの方を向き前進してスイッチを押し、後退する。後退してから前面の赤外線センサが反応していたら、反応が無くなるまで繰り返し押す。反応が無くなったら、ルートに復帰する。ポストの周りを周回しても赤外線をセンサが感知できなかった場合はもう一度ポストを周回する。
　二回目の競技では、開始時に一回目で得たマップをもとに最短軌道を計算し、その軌道に沿って移動、一回目と同じくしてポストを獲得する。
　軌道のトレースは基本的にロータリーエンコーダを使い、自己位置を確認しながら行う。また、定期的に超音波センサによって前後左右のずれを修正する。

5.システム構成ツリー

下記にシステムの構成を示す。


MIRS9903製造仕様書 |- MIRS9903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ｘ5 | | | |- コネクタ類 | | | |- ケーブル類 | | | |- ケーブル検査仕様書 | | |- 前面タッチセンサ機構部 | | |- 前面タッチセンサ右機構部 | | |- 前面タッチセンサ左機構部 | | |- 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ｘ4 | | |- 赤外線センサｘ5 | | |- 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 | |- MIRS9903.X（プログラムファイル） |- MIRS9903試験仕様書 |- MIRS9903取扱説明書

6.ハードウェア構成

7.ソフトウェア構成

1. 動作モード
   
   

   状態遷移表

   現在の状態／次の状態	初期状態	ルート移動(1回目)	接近	スイッチ探査	獲得	復帰	回避	誤動作修正	ルート移動(2回目)
   初期状態		競技1回目(DIPSW=0)							競技2回目(DIPSW=1)
   ルート移動(1回目)			超音波センサによりポスト発見		ルート上に未獲得ポストを発見		ルート上に獲得済ポストを発見	ＭＩＲＳが動かない
   接近				タッチセンサ検出あり(ポスト発見)		見失った		ＭＩＲＳが動かない
   スイッチ探査					赤外線センサ検出あり(スイッチ発見)	見つからない		ＭＩＲＳが動かない
   獲得						スイッチを押し、赤外線の反応が消えたのを確認 ＆ DIPSW=0		ＭＩＲＳが動かない	スイッチを押し、赤外線の反応が消えたのを確認 ＆ DIPSW=1
   復帰		元の位置に戻った						ＭＩＲＳが動かない
   回避		ルートに戻った。						ＭＩＲＳが動かない
   誤動作修正		位置確認終了
   ルート移動(2回目)				獲得ポイントに到達 ＆ 前方の赤外線センサに反応あり				ＭＩＲＳが動かない

   状態の定義

   1. 初期状態：電源投入、システムリセットの最初の状態。
   • １回目(DIPSW=0)ならばルート移動状態(1回目)に遷移する。
   • ２回目(DIPSW=1)ならばルート移動状態(2回目)に遷移する。
   2. ルート移動状態(1回目,2回目)：ルート上を移動しつつ超音波センサによりポストの探索を行い、ロータリエンコーダ・超音波センサを用い常に自分の位置を修正する。
   • 超音波検出有りかつ獲得していないポストに近い場合、接近状態に遷移する。
   • 1回目では、ルートを壁づたいにとって、移動するが、2回目ではポストの各スイッチを結ぶルートを走行する。
   • 2回目では、あらかじめルート上にポスト獲得ポイントを設定しておき、その時点で前方の赤外線センサに反応があった時、獲得状態に移行する。
   • タッチセンサによりルート上に未獲得ポストを発見した時、獲得モードに遷移する。
   • タッチセンサによりルート上に獲得済ポストを発見した時、回避モードに遷移する。
   3. 接近状態：超音波で発見した離れたところに存在するポストを獲得するため、そこまで移動する。
   • タッチセンサ検出有りの時、スイッチを押す状態に遷移する。
   • 見失った場合、復帰状態に遷移する。
   4. スイッチ探索状態：赤外線でスイッチを位置を探す。
   • スイッチをみつけた（赤外線検出）時、獲得状態に遷移する。
   • どうしても見つからない場合、復帰状態に遷移する。
   5. 獲得状態：ポストのスイッチを押してポストを獲得する。
   • ポストを獲得した（赤外線消灯）時、復帰状態に遷移する。
   6. 復帰状態：移動ルート上への復帰移動を行う。
   • 元の位置に戻った時、ルート移動状態に遷移する。
   7. 回避状態：ルート上の獲得済ポストを回避してルートに戻る。
   • ポストを回避し、ルートに戻ったらルート移動状態に遷移する。
   8. 誤動作修正状態：何らかの原因によりＭＩＲＳが動かなくなってしまった場合に、そこから抜け出し、座標修正をする。
   • 座標確認が終わったらルート移動状態に遷移する。この後の動作はルート移動状態1のルートでポストを獲得する。(DIPSWの値に寄らない)
2. リアルタイムモニタ

MIRS用に開発されたMIRX68Kを使用する。
MIRX68Kuser's manual（現在作成中）
3. タスク構成／機能






1. 低レベルタスク　：主に、高レベルタスクからハードウェアのコントロールのために起動される。
• 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

４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：自己位置修正タスク

自己位置をルート情報と照らし合わせ、自己位置の修正を行う。このタスクは、軌道トレースタスクにより定期的に起動される。
• task07：ルート移動タスク

前もって記録させておいたルートをエンコーダの値や超音波センサを使いトレースする。このタスクはメインタスクから起動される。各種高レベルタスクの起動を行う。
• task08：位置復帰タスク

ポスト獲得後に元のルートにエンコーダの値や超音波センサを使い定められたルートまで戻る。このタスクはポスト獲得のための行動終了後、元のルートへ戻るときに起動トレースタスクにより起動される。
• task09：ポスト獲得タスク

自分の向きをポストに垂直にし、その後９０度回転する。エンコーダ値を使いポールの周りを回転しつつ、赤外線センサでスイッチの位置を確認する。スイッチ発見後９０度回転して前進してポストに当たる。超音波で発見した離れた位置にあるポストを獲得するために、そのポストまで近づく動作も行う。このタスクは、軌道トレースタスクからポスト獲得を行うときに呼び出される。
• task10：回避タスク

ルート上に未獲得ポストがあった場合それを回避する。
• task11：誤動作修正タスク

何らかの原因によってＭＩＲＳが動かなくなったりした場合、そこから抜け出し、壁まで行って座標を修正する。
• task12：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。試験内容はシステム試験仕様書による。このタスクはメインタスクから起動される。
3. メインタスク
• task05：行動計画タスク

mirs本体の行動を決定する。一回目の競技では、開始時にルート情報を修正保存を行う。二回目で使用する軌道の決定を行う。状態遷移図（表）のとおりに動作させる。
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。