!doctype html public "-//w3c//dtd html 4.0 transitional//en"> MIRS2404-DSGN-0002 基本設計書
名称 MIRS2404 基本設計書
番号 MIRS2404-DSGN-0002

版数 最終更新日 作成 承認 改訂記事
A01 2024.8.9 大内　雅寛 初版
A02 2024.8.9 大内　雅寛 第2版
タブレットに気温を表示し熱中症対策を呼び掛ける機能を削除
A03 2024.8.9 原川　一翔 第3版
fig.7を変更
Jetson,Arduino → Jetson Nano,Arduino Uno
A04 2024.8.9 加藤 創 第4版
figの名前変更及びメカの説明文追加
A05 2024.8.9 北川　雄太 第5版
メカの説明文を変更
アルミフレームとアクリル板を使い、組み立てて、外装にはプラスチックダンボールを用いる。 → 　アルミ角パイプとミスミフレームでフレームを作る。外装には基本的にアクリルを用いるが、予算が足りなかった場合はプラスチック段ボールも併用する。
fig.2を変更及び説明文の追加

目次

  1. システム概要
  2. 機能・性能
  3. システム構成
  4. 開発工程表
  5. 購入部品一覧

1.システム概要

AQUAは、自律移動型ウォーターサーバーロボットである。自律移動しながら水を配ることで、校内のどんな場所でも水分補給を可能にする。

2.機能・性能

3.システム構成

3-1.メカ


3-1-1.全体図

　AQUAの全体像を以下に示す。下にあるタンクからポンプを用いて水を上部にある小さなタンクに入れ、チューブの開閉を行うことで水量の調整を行う。


fig.1 AQUA 外観

fig.2 AQUA フレームと部品配置

ピンク：タブレット
ミントグリーン：Webカメラ
水色：水の冷却に用いるミニタンク（小さい容積のほうがペルチェで冷却しやすいため）
紫：制御弁（チューブをサーボモータの力で挟んで流量を調整する）
青：コック（水を注ぐ）
赤：紙コップホルダー
黄緑：LiDAR
黄色：メインタンク
オレンジ：ポンプ（メインタンクの水を上のミニタンクに送る。メインタンクの底より下にチューブが通るようにすることで、サイフォンの原理により水を途切れずに送る。）

アルミ角パイプとミスミフレームでフレームを作る。外装には基本的にアクリルを用いるが、予算が足りなかった場合はプラスチック段ボールも併用する。現段階では設計途中のため、細部の形状は変更する予定である。

3-1-2.ポンプ

　水を下の大きなタンクから上の小さなタンクへ運ぶためのポンプ。モーターを回転させ、4つのローラーがチューブをつぶすことで水を運ぶ蠕動ポンプを作成する。下記のような蠕動ポンプをモーターと3Dプリンタ、アルミシャフトを使用して作成する。fig.3のリングの中にfig.4が入っているイメージである。


fig.3 ポンプ全体

fig.4 ポンプ内部構造

3-1-3.紙コップディスペンサー

　紙コップを提供するためディスペンサーを作成する。3Dプリンタとプラスチック段ボールを使うことで多くの紙コップが入るようにする。


fig.5 紙コップディスペンサー

fig.6 紙コップディスペンサー(プラ段付き)

3-2.エレキ

全体の基本接続図をfig.7に示す。
fig.7 全体の基本接続図
table1に電源仕様を示す。
table.1 電源仕様
供給元 供給電源電圧 供給先
制御用バッテリ 5.0V Raspberry Pi
駆動用バッテリ 24.0V モータドライバ
ペルチェ用バッテリ 12.0V モータドライバ

table2に自律移動系仕様を示す。
table.2 自律移動系仕様
名称 使用用途 接続方式
Webカメラ 障害物の認識 USB
LiDAR 自己位置の推定 USB
走行用モータ 走行 PWM
ロータリエンコーダ 移動量の計測 デジタルI/O

table3にウォーターサーバー系仕様を示す。
table.3 ウォーターサーバー系仕様
名称 使用用途 接続方式
ポンプ用モータ 水をくみ上げる PWM
サーミスタ ミニタンクの温度計測 アナログI/O
ペルチェ素子 ミニタンクの温度調節 PWM
ペルチェ用ファン ペルチェ素子の排熱 デジタルI/O

3-3.ソフト

ソフトの全体構成をtable4に示す。

table.4 ソフト全体構成
動作環境 機能 詳細
Raspberry Pi 全体機能の統括 Arduinoとの通信（足回り・ポンプのモーターへの指令）
Jetsonとの通信（自己位置・カメラの情報の受け取り）
タブレットからのAQUAへの指令の受け取り
Arduino Uno モーター制御 走行およびポンプ用のモーターの制御を行う
ミニタンクの温度管理 サーミスタ・ペルチェ素子を用いてミニタンクの温度調節を行う
Jetson Nano 人の認識 Webカメラを用いて走行中に人が前にいたら減速する
自己位置推定 LiDARを用いて自己位置推定を行う
タブレット AQUAの操作 移動の停止、給水、移動の再開の操作を行う
Web 位置情報の共有 AQUAの現在位置と今後の移動先を掲載する
ROS2・ソケット通信 各デバイス間の通信 ROS2を用いてRaspberry Pi・Jetson Nano・LiDAR間の通信を、Raspberry Pi・Arduino Uno間ではソケット通信を行う

ただし、Jetson Nanoで処理が出来ないようであれば、人の認識または自己位置推定のどちらかの機能をRaspberry Piで行うように変更する。

4.開発工程表

開発工程表を以下に示す。

MIRS2404 開発工程表

5.購入部品一覧

購入を予定している物品を以下に示す。
table.5 購入予定物品
品名 型番 リンク 単価（税込） 個数 小計（税込） 用途 備考
水タンク マグナムワイド
モノタロウ
 2409 1 2409 ウォーターサーバー 10L
水タンク(小) EA508TM-143
モノタロウ
802 1 802 ウォーターサーバー -
ポンプ - - 3000 1 3000 ウォーターサーバー -
フレーム - - 3000 - 3000 - -
ペルチェ素子 TEC1-12708-T100-SS-TF01-A1O
秋月電子通商
 1330 2 2660 水の冷却 40x40[mm]
ヒートシンク - - 225 2 450 水の冷却 -
冷却ファン - - 200 1 200 水の冷却 -
サーミスタ 103AT-2
秋月電子通商
 50 1 50 水の冷却 -
バッテリー WP5-12
秋月電子通商
 2110 1 2110 水の冷却 -
チューブ - - 200 - 200 水の経路 8or6[mm]

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