目次

1.はじめに

2.システム概要

3.諸元

　

3.1外観

3.2機能性能

4.システムの動作規定

5.ハードウェア構成

5.1システム構成ツリー

5.2エレクトロニクス回路構成／機能

5.3エレクトロニクス回路基板外形

5.4保守交換単位

5.5ソフトウェアビジビリティ

6ソフトウェア構成

6.1リアルタイムモニタ

6.2タスク構成／機能

6.3試験機能

6.4マンマシンインターフェース

6.5試験機能

7システム試験

7.1システム試験概要

7.2規定走行試験 

1.はじめに

2.システム概要

3.諸元

　
1. 外観

図1に本システムの外観を示す。
Post Script形式

Post Script形式

Post Script形式
図1.MIRS9802外観図


　

2. 機能性能
• 外形：縦横30[cm]×30[cm]、高さ30[cm]。
• 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。バンパーは前方に ３つ取り付けられている。 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上記と同程度とする。バンパ押下の検出にはマイクロスイッチ を用いる。
　
• 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と、赤、緑のLED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

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）
• 電源制御基盤仕様（現在作成中）
　
3. 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。

　
4. 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

探索ルート

• case 1:超音波センサでポストを発見した場合

　ポストの方向に機体を向けてポスト前２０ｃｍまで直進する。ポストに到着した事をロータリーエンコーダのデータから確認したら、右に９０度回転し、ロータリーエンコーダのデータを基にポストの周りを周回する。その時赤外線センサに反応があったら「赤外線センサでポストを発見した場合」と同じ行動をとる。ポストを獲得したら、あらかじめ記憶しておいた位置に戻る。
• case 2:赤外線センサでポストを発見した場合

　ポストの方向に機体を向け、接近してスイッチを押す。この時、中央前のセンサでいつも赤外線を感知するようにして進み、反応が右または左の赤外線センサに移ったら、方向を修正する。スイッチを押し、赤外線発光ダイオードが消えた事を確認したら、元の軌道に戻る。
• case 3:タッチセンサでポストを発見した場合

　超音波センサのときと同じように、ポストの周回行動に入る。また、各センサでの探索でポストを獲得したときの座標と、今獲得に入ろうとしているポストの座標を比べ、同じ物があった場合に、そのポストは獲得済みと判断し、周回行動を中止する。この時も、獲得した後は記憶しておいた座標に戻り、探索を続行する。

5.ハードウェア構成

1. システム構成ツリー 下記にシステムの構成を示す。



MIRS9802製造仕様書 |- MIRS9802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ｘ3 | | | |- コネクタ類 | | | |- ケーブル類 | | | |- ケーブル検査仕様書 | | |- 前面タッチセンサ左機構部 | | |- 前面タッチセンサ右機構部 | | |- バンパ機構部 | | |- 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ｘ８ | | |- 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 | |- MIRS9802.X（プログラムファイル） |- MIRS9802試験仕様書 |- MIRS9802取扱説明書

2. エレクトロニクス回路構成／機能

図2.MIRS9802エレクトロニクス回路ブロック

各部の機能

1. CPU部

以下の仕様のCPUボードを使用している。

名称　VSBC-1 Single Board(68HC000) Computer Module for the VMEbus

CPU　MC68HC000 クロック　: 12.5MHz(16.7MHzに変更可能）

RAM SRAM 256KB×2

ROM EPROM 128KB

2. 電源ボード

エレクトロニクス回路用の５ｖ電源、駆動用の１２ｖ電源を用意する。それぞれの電源は分離されている。
3. 汎用入出力制御（PIT）部（ＶＩＰＣ３１０）

ＶＩＰＣ３１０を使用する。このI／OボードはＲＳ−２３２Ｃ端子を２個持っている。 また、INDUSTRY PACK を２個搭載することができ、ロータリーエンコーダボード、IP-Dig.48をそれぞれ搭載している。
4. ロータリエンコーダ制御部

タイヤの回転数をパルスにして、回転子の回転数＆速度の検出を行う。 仕組みはＬＥＤの光を、スリットで通過、遮断させ、それを受光素子で検出後、信号にす る カウンタ回路はカウンタ（7bit）と方向判別（1bit）の両方を兼ね備えている。
5. 超音波センサ回路

　４０ｋＨｚの超音波を使用して距離を測定する。約２０ｃｍ〜２ｍまでの 距離の測定が可能。精度は±１ｃｍ（対象物にほとんど凹凸が無い場合） 　６８２３０からの測定要求パルスを受けて超音波を発信し、受波をシュミ ットトリガ出力（STOP信号）に直してタイマへ送る。 　超音波センサが複数ある場合の選択信号は６８２３０のＰＡ１、ＰＡ０から、測 定要求パルスはＨ２からそれぞれ出力される。また、割込み要求信号はＨ１から入 力される。
6. 赤外線センサ回路部

8つのセンサを使って、ポストから発信される赤外線を受信し、ポストの位置 や、スイッチの位置を特定する。 センサからの信号(8つ)は、先ず同期回路を通る。同期回路を通った信号は、 68230のPC0からPC7に入る。また、同期回路から信号が出ると割り込み信号を 発生し、その信号は68230のH1に入る。
7. ｐｗｍ回路部

ロータリーエンコーダのデータと与えた速度データを比較し、モータに与えるパルスを 正確な速度になるように調節する。
8. タッチセンサ回路部

　タッチセンサは、バンパ型タッチセンサによりマイクロスイッチ(omronSS-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機能を持つ。 　タッチセンサ信号処理回路は、タッチセンサの信号からスイッチ割り込みの割り 込み要求をおこなう。回路は、タッチセンサのチャタリング防止回路と割り込み信 号発生回路、タッチセンサステータス出力回路、割り込みVECTOR発生回路から成 る。
9. モータ制御部（Moter Power Circuit）

ＤＣモーターは一般に言う直流モーターのことであり直流電源でまわる。大きな起動トル ク、出力効率の良さ が特徴。ＰＷＭ制御からのパルスによってエネルギーを得る。このパルス幅を変調するこ とによって、 結果的にモーターへの供給エネルギーを調整することが出来る。この制御法は、電力パル スがオンの時だけ モーター電流を流す。また、パルスのデューティー比を変えることによって、モーターの 回転数が変わる。
10. MMIインターフェース部(Man-Machine Interface Board)

ＭＩＲＳ競技や試験において必要な情報の表示と入力を行う。７セグメントＬＥＤｘ４、 赤、緑ＬＥＤ、４ビットロータリーディップスイッチ、押しボタンスイッチを備える。
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）
• 電源制御基板仕様（現在作成中）
注：電源制御基板については、今まで勝敗判定装置として使用していた部分を、強制停止装置として使用する。また、赤外線LED回路は取り付けない。

4. 保守交換単位
• シャーシフレーム
• モーター
• 可逆モータパワー変換ボード
• 前面タッチセンサ左機構部
• 前面タッチセンサ中央機構部
• 前面タッチセンサ右機構部
• ＶＭＥラック
• ＣＰＵボード
• ＩＯボード
• ＩＰDigital48ボード
• ロータリーエンコーダボード
• ＩＯsubボード
• ＭＭ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
• 電池ホルダ
• 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。

センサ		IO port Address/bit	備考
超音波センサ	前	FC6151/00
	左	FC6151/01
	右	FC6151/10
	後	FC6151/11
赤外線センサ		前	FC6157/0bit(LSB)
	左前	FC6157/1bit
	右前	FC6157/2bit
	左	FC6157/3bit
	右	FC6157/4bit
	後	FC6157/5bit
	左後	FC6157/6bit
	右後	FC6157/7bit(MSB)
タッチセンサ	前右	fc6003 or fc6007  データ構造 6bit...左 5bit...右 4bit...中
	前中
	前左

6.ソフトウェア構成

1. 動作モード





post script形式

状態遷移表

	A 初期状態	B 初期動作	C 移動	D 超音波接近	E ポスト周回	F ポスト回避	G 赤外線接近	H 位置復帰
A 初期状態	-	スタートスイッチが押された＆ Ｄｉｐスイッチが本選モード / ディップスイッチのデータ	*	*	*	*	*	*
B 初期動作	*	-	初期位置着	*	*	*	赤外線をキャッチ / 現在のモード	*
C 移動	*	*	-	左or右に超音波でポスト発見	未獲得のポストに衝突	獲得済みのポストに衝突	赤外線をキャッチ / 現在のモード	*
D 超音波接近	*	*	*	-	ロータリーエンコーダでポストに到着した事を確認	*	赤外線キャッチ / 現在のモード	*
E ポスト周回	*	*	*	*	-	*	赤外線キャッチ / 現在のモード	*
F ポスト回避	*	*	回避終了	*	*	-	赤外線キャッチ / 現在のモード	*
G 赤外線接近	*	*	見失った（各モードへ戻る）				-	見失った
H 位置復帰	*	*	移動終了	*	*	*	赤外線キャッチ / 現在のモード	-

状態の定義

1. A 初期状態：電源投入、システムリセットの最初の状態
2. B 初期動作：下図のような後ろが壁から30cm、左右が壁から125cmの場所へ移動する。


3. C 移動モード:スタート位置を起点として、競技場内を上下左右に往復運動させて 左右に取り付けてある超音波、赤外線の各センサを使ってポストを見つける。 （下図参照）


4. D 超音波接近モード:位置を記憶してから、左右９０度回転し、超音波を使って距離を測りながらポストへ進む。(このモードに入る前の位置を記憶しておく。）
5. E ポスト周回モード：ロータリーエンコーダの値を元にポストを周回する。 その際ポストにぶつかったら軌道を修正する。
6. F ポスト回避モード：ポストの反対側にでるようにポストをさけながら進む。その際、ポストの右側または中央に当たったら右を、左に当たったら左を通る。
7. G 赤外線接近モード:位置を記憶してから、赤外線を感知した方向に回転し、赤外線を使い、ポストへ向かう。（他のモードからこのモードになるときに位置を記憶しておく。）
8. H 位置復帰:記憶しておいた位置へ戻る。
2. リアルタイムモニタ

MIRS用に開発されたMIRX68Kを使用する。
3. タスク構成/機能
タスク構成図
1. 低レベルタスク
• task01：マンマシンインタフェースタスク(int.)(timer)

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。
• task02：超音波センサタスク(int.)(timer)

前後左右４つ超音波センサ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。
• task03：赤外線センサタスク(int.)

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：タッチセンサタスク(int.)

タッチセンサが反応する毎にこのタスクが起動される。タッチセンサの状態を読み取りBBに書き込む。
• task05：PWMモータ駆動タスク(timer)

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。
• task06：自機位置認識タスク(timer)

タイマ割り込みによって起動され、ロータリエンコーダの値から自機位置のx､y座標と姿勢角θをBBに書き込む。
2. 高レベルタスク
• task07：行動計画タスク(normal)

各種低レベルタスクで得た情報を基に、モード遷移、モータ回転数、割り込み許可・不許可、タイマタスクの開始、停止などの管理を行う。
• task08：自機位置補正タスク(normal)

行動計画タスクによって起動され、BBにあるロータリエンコーダの値と、超音波センサからの値とを比較し、自機位置のx､y座標と姿勢角θを補正し、BBに書き込む。
• task09：試験走行タスク(normal)

試験走行をするためのタスク。規定通りに走行するために、各タスクを呼び出す。
• task10：初期設定タスク(normal)

電源投入時またはリセットボタン押下時に一回だけ起動され，処理終了後行動計画タスクを起動する。初期診断プログラムの実行，ハードウェアの初期設定，自機位置を競技開始位置に設定，タスクの初期化，掲示板（ＢＢ）の期化を行う。また，DIPスイッチを読み込み，動作モードをＢＢに書き込む。
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）。
• BB表示

強制停止して、または試験モードで初期状態にいるとき、ＢＢの内容を表示する。
• 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、探索ルートの設定。
• 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。

7.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。
MIR9802システム試験仕様書

• MIRS9802システム開発計画書(MIRS9802-DSGN-0001)