名称	MIRS2302 ソフトウェア詳細設計書
番号	MIRS2302-SOFT-0002

版数	最終更新日	作成	承認	改訂記事
B01	2024.02.16	山本凜久, 眞辺開		初版
B02	2024.02.16	山本凜久, 眞辺開	香川	図表番号の修正

1.ドキュメント概要

本ドキュメントはMIRS2302に関するソフトウェア詳細設計についてまとめたものである。

2.機能概要

実装する機能とその概要を以下table1に示す。

table1.機能と概要

機能	機能概要	記述言語
自律走行機能	ROSのnavigation stackを用いて自己位置推定・経路設定・速度制御を行う	ROS melodic, python, C, C++
Webアプリケーション	フロントエンドユーザが各自のスマホ / iPad のformにて手配（送る・受け取る・注文する） / PINコードの入力を行う iPadでロボットの状態 / ユーザ向けの情報を表示するバックエンドオーダー情報を管理するオーダーが重複しないように手配formの選択肢を制限するユーザにロボットの状態に応じたメールを送信する	html, JavaScript, css, php, python
セキュリティ機能	PINコードで本人確認を行うモジュールの取り外しを検知する扉のこじ開けを検知する異常が検知された際に管理者にメールを送信する	python, arduino言語
モジュール管理機能	接続されているモジュールの識別を行う指定の扉を自動で解錠する保冷・保温モジュール内の温度調整を行う	python, arduino言語

3.モジュール構成

3-1.arduino

以下にarduino内のモジュール構成図と動作概要を示す。

fig1. arduino - モジュール構成図

table2. arduino - モジュール動作概要

モジュール名	動作概要
main.ino	setup関数およびloop関数の定義
serial.ino	Arduino-Raspi間の情報交換をシリアル通信で行う
run_ctrl.ino	モータのエンコーダ値を読み取るモータにかける電圧を制御する
module_mng.ino	モジュールに付いている抵抗両端の電圧を読み取るサーボモータをPWMで制御するサーミスタからモジュール内部の温度を取得する取得した温度をもとにペルチェ素子にかける電圧を制御する
param.h	ゲインやパラメータ、入出力ピンなどの定義

3-2.raspberry pi

以下にraspberry pi内のモジュール構成図と動作概要を示す。

fig2. raspberry pi - モジュール構成図

table3. raspberry pi - モジュール動作概要（メイン駆動部）

モジュール名	動作概要
main.py	メイン制御モジュール
serial_com.py	raspi-arduino間の情報交換をシリアル通信で行う
run_ctrl.ino	モータのエンコーダ値を読み取るモータにかける電圧を制御する
ros_to_arduino.py	rosのデータをシリアル通信でarduinoに送信する
raspi_to_ros.py	raspiのデータをソケット通信でrosに送信する
run_ctrl.py	arduinoにモータ動作に関する指令値を送信する
order_mng.py	オーダー情報の書き込み、読み込みを行う
module_mng.py	arduinoから受け取った情報をもとにモジュールを識別する搭載モジュール情報を更新し続ける指定の扉を解錠するモジュールの取り外しを検知する扉のこじ開けを検知する
sock.py	ソケット通信を行う
web_app.py	ユーザ・管理者へメールを送信する
config.py	IPやパラメータが定義されている
robot_state_publisher.py	ロボットのステータスを更新する

table4. raspberry pi - モジュール動作概要（webアプリバックエンド）

モジュール名	動作概要
authentication.py	PINコードの照合を行う
confirm.py	PINコードで認証を行う
select_option_api.py	オーダー情報をもとに手配formの選択肢を制限する
get_timetable.py	予約状況のタイムテーブルを取得する

3-3.jetson

実装にあたり必要な情報をMIRS2302-REPT-0007-MIRS機体におけるROSを用いた自律走行より抜粋した。

3-3-1.トピック

navigation stackにおいて用いるトピックのうち、主要なものを次に示す。

table5. navigation stackの主要トピック

トピック名	内容	メッセージ肩
/odom	エンコーダの値を積分したりsinしたりcosしたりして、求められたロボットの位置情報並進／回転方向の位置／速度を含む	nav_msgs/Odometry
/cmd_vel	ロボット速度の指令値　並進方向と回転方向を含む	geometry_msgs/Twist
/scan	LiDARの測距データ	sensor_msgs/LaserScan
/map	ROS用のマップデータ(8bitグレースケール)を画像として配信	nav_msgs/OccupancyGrid
/move_base_simple/goal	自動走行の目的地　位置と方向を含む	geometry_msgs/PoseStamped
/move_base/status	自動走行のステータス（走行中／完了／失敗など）	actionlib_msgs/GoalStatus

3-3-2.ノード

実装すべきノードを、処理の順番にしたがって示す。

(1).【自作必須】odom publisher

Subscribe : なし
Publish : /odomトピック

ロボットのタイヤの偏角(エンコーダ値)を取得して、ロボットの座標へと変換する。
基本的にはArduinoとのシリアル通信でエンコーダ値を取得するが、TENQにおいてはエンコーダ信号をGPIOに入力し、C言語でこれを計算する。

(2). scan publisher

Subscribe : なし
Publish : /scanトピック

LiDARの測距データを配信する。基本的には、LiDARのメーカや有志によりROS用パッケージが配布されているため、それを使用する。
TENQで使用するRPLiDAR用ノードは、次のgithubリポジトリからcloneする。 https://github.com/Slamtec/rplidar_ros

(3). amcl

Subscribe : /odom /map /scan トピック
Publish : map座標系からodom座標系へのtf

odomトピックによる自己位置には、外乱やスリップによる誤差が生じる。また、この誤差は走行を続けるに連れて誇大化していく。
これを修正するため、LiDARの測距データとマップとを照らし合わせて、より正確な自己位置を推測し、提供するのがAMCLである。

(4). move_base

Subscribe : 位置情報に関する諸々
Publish : /cmd_velトピック

AMCLによって提供された現在位置から、目的地までのルートを決定する。また、障害物がある場合にはこれを避けるルートを提供する。
ルートに基づきロボットの速度を決定し、これをpublishする。

(5).【自作必須】 cmd_vel subscriber

Subscribe : /cmd_velトピック
Publish : なし

cmd_velトピックは、ロボットの並進方向速度および回転方向速度を司令する。
これを左右モータの速度に変換し、信号をArduinoないしモータドライバに送信する。
基本的には、(1)で行った変換の逆を行えばよい。

3-4.Webアプリケーション

以下にwebアプリに関するモジュール構成図と動作概要を示す。

fig4. webアプリ - モジュール構成図（全体）

fig5. webアプリ - モジュール構成図（main/）

fig6. webアプリ - モジュール構成図（about/）

fig7. webアプリ - モジュール構成図（send/）

fig8. webアプリ - モジュール構成図（receive/）

fig9. webアプリ - モジュール構成図（order/）

fig10. webアプリ - モジュール構成図（table/）

fig11. webアプリ - モジュール構成図（ipad/）

table6. webアプリ - モジュール動作概要（ディレクトリごと）

ディレクトリ名	動作概要
main/	各種メニューに遷移するボタンを配置したトップページページ読み込み時に営業情報を問い合わせ、営業時間外もしくは予約がいっぱいの場合は専用ページに飛ばす
about/	案内用ページ TENQについての説明、利用方法、問い合わせformなどのリンクを記載する
send/	「荷物を送る」手配をするための入力フォーム
send/accept/	「荷物を送る」手配の承認用ページ
receive/	「荷物を受け取る」手配をするための入力フォーム
receive/accept/	「荷物を受け取る」手配の承認用ページ
order/	「商品を注文する」手配をするための入力フォーム
order/accept/	「商品を注文する」手配の承認用ページ
table/	予約状況のタイムテーブルを作成する
ipad/	本体上部に設置されているipadの専用ページロボットの現在の状態を取得して表示、またユーザが本人確認を行うページを表示する

4.フローチャート

4-1.全体

全体のフローチャートを以下に示す。

fig12.全体のフローチャート

4-2.モジュール認識

モジュール認識のフローチャートを以下に示す。

fig13.モジュール認識のフローチャート

4-3.配達手配

配達手配の成立条件のフローチャートを以下に示す。

fig14.配達手配の成立条件のフローチャート

4-4.走行

走行のフローチャートを以下に示す。

fig15.走行のフローチャート

4-5.集荷

集荷のフローチャートを以下に示す。

fig16.集荷のフローチャート

5.購入物品

購入を予定している物品を以下に示す。

table7.購入物品

物品名	型番	単価(税込)	数量	価格(税込)	備考
2D LiDAR	RPLiDAR S2M1		1

6.別パートへのリンク

MIRS2302の別パートの詳細設計書へのリンクを以下に示す。

MIRS2302 メカニクス詳細設計書
MIRS2302 エレクトロニクス詳細設計書

MIRS2302ドキュメント管理台帳へ

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