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. ハードウェア構成
   1. システム構成ツリー
   2. エレクトロニクス回路構成／機能
   3. エレクトロニクス回路基板外形
   4. 保守交換単位
   5. ソフトウェアビジビリティ
6. 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-フェース
   5. 試験機能
7. システム試験
   1. システム試験概要
   2. 試験内容

1.はじめに

　
1. 外観
   
   • 図1に本システムの外観を示す。
     （図中の赤い丸が超音波センサで緑色の丸が赤外線センサである。）
     図1.MIRS9804外観図
     (ポストスクリプト形式，ＧＩＦ形式)
     
   • 図2に本システムを正面から見た図を示す。
     
     図2.MIRS9804外観図(正面)
     (ポストスクリプト形式，GIF形式)
     
   • 図3に本システムを横から見た図を示す。
     
     図3.MIRS9804外観図(横)
     (ポストスクリプト形式，GIF形式)
     
   　
2. 機能性能
   • 外形：縦２９０[mm]×横２８５[mm]、高さ２４５[mm]におさまること。八角形の形をしている。
   • 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。
     　
   • 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を有する。また、表示は0000～9999までの表示。

     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
     電源制御回路以外は標準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。
     • 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。

     　
   • 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

1. システム構成ツリー 下記にシステムの構成を示す。
   

   MIRS9804製造仕様書 |- MIRS9804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ｘ4 | | | |- 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 | | |- 背面タッチセンサ機構部 | | |- 斜め前タッチセンサ左機構部 | | |- 斜め前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 | | |- 赤外線センサ | | |- 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 | |- MIRS9804.X（プログラムファイル） |- MIRS9804試験仕様書 |- MIRS9804取扱説明書

2. エレクトロニクス回路構成／機能
   図4.MIRS9804エレクトロニクス回路ブロック
   （ポストスクリプト形式，GIF形式）
   各部の機能
   1. ＭＰＵボード
      • 名称　：VSBC-1
        　　　　　Single Board (68HC000) Computer Module for the VMEbus
      • ＣＰＵ：MC68HC000　クロック：12.5 MHz
      • サイズ：100×160(mm)
      • 製造元：PEP Modular Computers
      
      
   2. 超音波センサ回路
      この機能は指定した超音波センサから超音波を送信させ、受信するまでの時間をカウント値として測定するものである。本システムは以下の超音波センサを用いる。

      品名　　　　　　　　ＭＡ４０Ｂ５Ｒ／Ｓ

      特徴　　　　　　　　汎用・広帯域

      公称周波数　　　　　４０ｋＨｚ

      感度　　　　　　　　－４７ｄＢ以上

      音圧　　　　　　　　１１２ｄＢ以上

      指向性（半減全角）　５０°

      静電容量　　　　　　２０００ｐＦ

      分解能　　　　　　　９

      検地距離　　　　 　０．２～６．０ｍ

      測定範囲は２０ｃｍ～６ｍで測定誤差は±１ｃｍ以内とする。一定時間内に反射波を受信できない場合カウンタはアンダーフロー信号を出す。信号としては測定距離を８ビットで表し、アンダーフロー信号は00１６として表す。

   3. 赤外線センサ回路
      赤外線センサ回路は、赤外線の受光状態を２つの値(反応有り,無し)で得るようになる。この回路は、赤外線センサの受光素子から送られてくるH 又は Lの信号を処理し、信号に状態変化が起きたときに、割り込み要求信号をＣＰＵに送る機能を有する。最大８個のセンサを用いる事ができるが本システムでは4個使用する。
      
   4. タッチセンサ
      マイクロスイッチを用い、異物との接触を判断するものである。

   5. PWM回路
      方形波のduty比を0～50%まで128段階で変化させる機能を持つ

   6. ロータリエンコーダ機能
      ロータリエンコーダから信号を読み込んでカウンタでカウントし、ＣＰＵの要求に応じてカウント値を出力するものである。

   7. モータ
      　　モータ型番：REO25-055-34EBA200A

      　　トルク定数：16,30[mNm/A]

      　　端子間抵抗：1.34[ohm]

      　　無負荷電流：53.90[mA]

      　　端子間電圧：7.2[v]

      　　ギア型番　：GPO26A037-0016b1A00A

      　　ギア減速比：16.00:1

      　　ギア効率　：76[%]

   8. 電源
      ・電池　Ni-Cd電池　1700SCR（田宮）

      ・電圧：7.2[V]

      ・容量：1700[mAh]

   9. 電源回路
      電源より　＋５　[V]　 最大　３　[A]
      　　　　　±１２[V]　 最大　100[mA]　をエレクトロニクス回路に供給する。
      また、スタートスイッチが押されてからポールをすべて獲得、もしくは開始後５分経過するまで電力をモータへ供給する。

   10. マンマシンインターフェース
       • ４桁の７セグメントＬＥＤによる、0000～9999までの表示。
       • 緑、赤のＬＥＤによるマシンの状態の表示。
       • 割込み発生装置（押しボタンスイッチ）

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。
      • 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）
   4. 電源制御基板
      
      図5.電源制御基板外形図
      （ポストスクリプト形式，GIF形式）
      
4. 保守交換単位
   以下に保守交換単位を示す。
   • ＣＰＵボード
   • IOボード
   • ＩOｓｕｂボード
   • 電源制御ボード
   • MMIボード
   • シャーシフレーム
   • 赤外線センサ
   • 超音波センサ
   • マイクロスイッチ
   • タイヤ
   • 可変モータパワー制御基盤
   • ロータリエンコーダボード
   • IPボード（ＩＰＤｉｇｉｔａｌ４８）
   • ケーブル類
   • ネジ類
   • 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
   	右	FC6151/01
   	左	FC6151/10
   	後	FC6151/11
   赤外線センサ	前	FC6157/0bit
   	左前	FC6157/1bit
   	左後	FC6157/2bit
   	後	FC6157/3bit
   バンパタッチセンサ	左前	FC6003orFC6007/6bit
   	右前	FC6003orFC6007/5bit
   	前	FC6003orFC6007/4bit
   	後	FC6003orFC6007/4bit

   ※超音波センサのアドレスはセンサ選択のアドレス。データを読み出す場合は､FC616F,FC6171,FC6173をＢＣＤ形式で読み込む｡
   

1. 動作モード
   図6.状態遷移図
   （ポストスクリプト形式，GIF形式）
   

   	①	②	③⑨	④	⑤⑥	⑦	⑧	⑩
   ①初期状態	-	赤外線を感知しない。→左右超音波を出しつつ前進。	赤外線を感知した。→そのスイッチを押すために前進。	×	×	×	×	×
   ②ポール探索	×	-	×	左右の超音波センサのどちらかが反応→前の赤外線センサをＯＮにしてそのポールに向かう。	前のタッチセンサに反応あり(ポールを発見）→そのポールのスイッチを押す。	×	×	×
   ③⑨回転前にスイッチ発見	×	×	-	×	×	×	スイッチを押した後、超音波センサをＯＮにしてそのポールをまわり超音波を感知できなかった→調べていない所に左右の超音波を出しながら進む。	スイッチを押した後、超音波センサをＯＮにしてそのポールをまわり超音波を感知（次のポールを発見）→そのポールに向かう
   ④ポール発見	×	×	ポール到着前に赤外線反応あり→そのスイッチを押すために前進。	-	前のタッチセンサに反応あり(ポールを発見）→そのポールのスイッチを押す。	×	×	×
   ⑤⑥スイッチ探索	×	×	×	×	-	次のポールが発見されていない場合→ポール一周回るまで超音波で次のポールの探索を続ける。	×	次のポールが発見されている場合→そのポールに向かう
   ⑦次のポール探索	×	×	×	×	×	-	一周しても新しいポールが見つからない。→まだ探索していない領域に移動。左右の超音波センサＯＮ。	一周したら新しいポールが見つかった。→そのポールに向かう。
   ⑧７でもみつからない時	×	×	ポール到着前に赤外線反応あり→そのスイッチを押すために前進。	×	前のタッチセンサに反応あり(ポールを発見）→そのポールのスイッチを押す。	×	-	左右どちらかに新しいポールを発見→そのポールに向かう。前赤外線センサON
   ⑩次のポール向かう	×	×	ポール到着前に赤外線反応あり→そのスイッチを押すために前進。	×	前のタッチセンサに反応あり(ポールを発見）→そのポールのスイッチを押す。	×	×	-

   状態の定義

   1. ①初期状態:前の赤外線センサをＯＮにして前方にスイッチがないか確認する。
   2. ②ポール探索:超音波センサとタッチセンサを駆使してポールを探す状態。
   3. ③⑨回転前にスイッチ発見:ポールに到着する前にそのポールのスイッチを発見した状態。
   4. ④ポール発見:タッチせんさ、又は超音波センサでポールを発見した状態。
   5. ⑤⑥スイッチ探索:発見したポールのスイッチを探してそれを押すまでの状態。
   6. ⑦次のポール探索:5状態の時にスイッチを発見できなかった時の状態。
   7. ⑧７でもみつからない時:ポールの周りを回ってもポストを発見できなかった状態
   8. ⑩次のポール向かう:次のポールをすでに発見して、そのポールに向かう状態。
2. リアルタイムモニタ
   MIRS用に開発されたMIRX68Kを使用する。
   MIRX68K user's manual（現在作成中）
3. タスク構成／機能
   
   図6.タスク構成図
   （ポストスクリプト形式，GIF形式）
   

   ･タスクの概念

   　プログラムはいくつかの処理単位に分割できる。タスクは必要に応じてかなり細かく分割することもできる。 このようにして分割した仕事の固まりをタスクといい、それぞれのタスクで行われる処理(ノーマル処理)、一定 の時間周期で行われる処理(タイマ処理)、非同期で発生する外部信号による割込み要求によって行われる処理 (割り込み処理)がある。

   ---

   
   
   1. 低レベルタスク
      • task00：初期設定タスク
        　　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、自己位置を競技開始位置に設定、タスクの初期化、掲示板（ＢＢ）の初期化を行う。また、DIPスイッチを読み込み、動作モードをＢＢに書き込む。DIPスイッチの状態によっては、リモートタスクを行動計画タスクとともに起動する。
        
      • task01：自己位置認識タスク
        　　タイマ割り込みにより起動される。ロータリエンコーダのカウント値を読み込み、自己位置（Ｘ，Ｙ，θ：姿勢角）を計算しＢＢに格納する。処理終了後、次のタイマ割り込みを設定する。また、ＬＥＤ表示モードがＸ、Ｙ、θのいずれかであればＭＭＩ制御タスクを起動する。（ＭＭＩ制御タスク用のＢＢを参照することにより何を表示しているか知ることができる。）タイマ割り込み間隔については、総合試験で決定するが、総合試験版では５０ｍｓに設定する。
        
      • task02：超音波制御タスク
        　　タイマ割り込みにより起動される。４つの超音波センサから１つずつ選択し順次距離を測定し結果をＢＢに格納する。処理終了後、次のタイマ割り込みを設定する。ＬＥＤ表示モードが超音波センサ状態を示していれば、ＭＭＩ制御タスクを起動する。タイマ割り込み間隔については、総合試験で決定する。
        
      • task03：赤外線制御タスク
        　　ハードウェア割り込みにより起動され、赤外線センサの状態をＢＢに書き込む。ＬＥＤ表示モードが赤外線センサ状態を示していればＭＭＩ制御タスクを起動する。
        
      • task04：タッチセンサ制御タスク
        　　ハードウェア割り込みにより起動され、タッチセンサの状態をＢＢに書き込む。
        
      • task05：ＭＭＩ制御タスク
        　　７SegＬＥＤの表示内容を更新する。４桁のうち最上位桁は下位３桁の表示内容を示すＩＤでＩＤは０から９までの数値、ＬＥＤ表示要求時に起動されＢＢに掲示された情報に基づき表示する。
        
   2. 高レベルタスク
      • task07：走行用データ作成タスク
        　　起動時に軌跡と目標位置が与る。
        
      • task08：走行制御タスク
        　　行動計画タスクから起動される。起動後、ＢＢに実行中コードを書き込み、目標位置に到達するまでタイマ割り込みにより５０ms毎に最起動され、与えられた軌道に対する差を補正しながら移動する。目標位置に到達したときは実行完了コードをＢＢに書き込む。実行中に実行を強制停止する機能を有する。
        
      • task09：自己位置補正タスク
        　　ノーマルタスクであり、補正の必要な時に適宜呼び出される左右の超音波センサの測定したデータに基づき、左右方向（ＸかＹか　はＭＩＲＳの姿勢及び現在位置により決定する）を補正する。
        
      • task10：総合試験タスク
        　　テストモードにしたがって、超音波、赤外線、タッチセンサ、サーボ、ロータリーエンコーダ、及び走行テストを行う。
        
      • task11:ポスと獲得タスク
        　ポスト到着後、ポールの周りを周回行動し赤外線センサでスイッチを探す。スイッチを見つけ次第、スイッチに対してＭＩＲＳ本体を後ろ向きにしスイッチを押す。
        
   3. メインタスク
      • task06：行動計画タスク
        　　ＢＢに掲示された情報に基づき、ＭＩＲＳの行動を決定する。このタスクより走行制御タスクが起動される。
        
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。

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。
   MIR9804システム試験仕様書（現在作成中）

• MIRS9804システム開発計画書(MIRS9804-SYST-0001)