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

校内移動

LiDARを使用し屋内の指定した範囲を自動で巡回する。
カメラで人を検知したら一旦停止し、人がいなくなったら移動を再開する。
D科棟、共通棟、など移動経路をあらかじめ決めておき、その経路を低速で走行する。



水の供給

メインタンクに貯めた水をポンプを用いて吸い上げ、ミニタンクに貯めて冷却した後、提供する。



ゴミ箱・カップ供給

カップディスペンサーを搭載し、紙コップを用いて水が飲めるようにする。
ゴミ箱を搭載し、使った紙コップを捨てられるようにする。



水の冷却

ペルチェ素子を用いてミニタンク内の水を冷却する。また、サーミスタを用いて温度を一定に保つ。



タッチ操作

タブレットを操作して移動しているAQUAの停止させ、給水モードに切り替える。
給水が終了したらタブレットを操作して移動を再開する。



位置共有

事前に移動経路を決定しておき、WebページやLINEで現在の位置や今後の移動経路を共有する。

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

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

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にスイッチ仕様を示す。

table.2 スイッチ仕様

名称	制御するバッテリ	詳細
非常停止用押しボタンスイッチ	駆動用・ペルチェ用	標準機搭載
トグルスイッチ	駆動用	標準機搭載
トグルスイッチ	ペルチェ用	S-331T

table3に自律移動系仕様を示す。

table.3 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

table4にウォーターサーバー系仕様を示す。

table.4 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	ON-OFF
サーボモータ	水を出すコックの動作	PWM

3-3.ソフト

ソフトの全体構成をtable5に示す。

table.5 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table.6に示す。

table.6 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	15PB054-01050	秋月電子通商	160	2	320	水の冷却	-
DCファン	YDH9225C12F	秋月電子通商	450	1	450	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	WP7.2-12	秋月電子通商	2720	1	2720	水の冷却	-
サーボモータ	MG996R	ブースの品	-	-	-	コックの開閉	-
チューブ	-	-	200	-	200	水の経路	8or6[mm]

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