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. マンマシンインターフェイス
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

本仕様書はMIRS98競技規定に基づきMIRS9805チームの作成する自立型小型知能ロボットの基本仕様を記述する。
2. システム概要

ハードウェア

MIRS9805システムのハードウェアは標準MIRSに準ずる構成を有するが、MIRS9805固有の機能を実現するためにいくつかの変更点がある。以下、標準MIRSと異なる点のみ述べる。
• 前後および左右に超音波測距センサをそれぞれ各一個を有する。
• 前2個、左右に3個づつの赤外光検出センサを有する。
• 前方左右にタッチセンサを各一個、前方真中にタッチセンサ機能をかねたスイッチ押下用バンパを有する。

ソフトウェア

ソフトウェアは複数のイベントドリブン型のタスクからなり、割り込みおよびタスクの管理はリアルタイムモニタMIRX68Kを用いて実現する。

システムの動作

MIRS9805システムは、一回目の競技時にあらかじめ定められたルート(図２参照)に従って競技場を周り、ポストの存在位置のマップを作成しながらスイッチを押していく。２回目の競技では、開始時に１回目の競技で得たマップ情報をもとに軌道を決定、軌道をトレースしながらポストを獲得する。


3. 諸元
　
1. 外観

図1に本システムの外観を示す。

図1.MIRS9805外観図
 (Tgif format,PostScript) 　
2. 機能性能
• 外形：縦横29[cm]×29[cm]、高さ30[cm]以内に収まること。
• 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±5[cm]以内であること。目的地点での停止位置が半径5[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。
　
• 側面ワイヤ型タッチセンサ
ワイヤが取り付けられたマイクロスイッチの接点のON/OFFで接触を検出する。パーソナルコンピュータのキーボードを押下する程度の圧力で接触を感知できること。
　
• 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。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、ストローク内の5mm以上押下されたときに検出する。
　
• 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。

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

電源制御回路と以外は標準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
4. システムの動作規定

MIRS9805システムは、一回目の競技時にあらかじめ定められたルートに従い競技場を周る。その間、超音波測距センサで自機から離れた位置のポスト、タッチセンサでルート上のポストの発見を行う。両センサが壁以外に反応したとをポスト発見とする。ポストを発見の後、ポストが自機から離れているならばそれに近づく。近づくときは前面の超音波センサで目標のポストを捕らえながら近づく。ポストに接触した状態になった後、ポストに対して自機が垂直に向くように向きを変える。向きを直すには、いったん後退して前面の超音波センサでポストを捉えるよう向きを変え、もう一度ポストに衝突したときに前面のタッチセンサのみがポストに触れている状態にする。ポストに垂直になった後、ポストの周りをロータリエンコーダの値を頼りに一定の間隔を置いて回る。その間、ポスト側の赤外線センサが赤外線に反応したらそこにスイッチがあるとみなし、自機の向きををポストに向けて前進。タッチセンサが反応し、赤外線が消えたらポストを獲得したとみなす。そして、ポストの位置とスイッチの位置をマップに保存した後にルートへの復帰を行う。タッチセンサでポストを発見した時に、そのポストがすでに獲得済みであるなら回避行動を取る。回避行動は、回避したいポストをよけるようにルートを一部修正することで行う。ルートの修正は、ルートの進行方向に対して垂直の向きにルートの一部をスライドさせる。
２回目の競技では、開始時に１回目の競技で作成したマップをもとに、スイッチの取り付け位置も考慮した最短軌道を計算し、その軌道に沿って移動しながらポストを獲得する。軌道のトレースは基本的にロータリエンコーダを使って自己位置を確認しながら行う。そのため、自己位置のずれを生ずる前進後退の切り替えや壁やポストとの接触が極力少なくなるように軌道を決定する。また、ポストのスイッチ押下時にタイヤの滑りが少なくなるように、できるだけ軟らかくスイッチを押すように制御する。スイッチの押し方に関して、タッチセンサが反応してしまった時は軌道ミスとして一回目と同様にして獲得。赤外線センサが目的の赤外線に反応したときは前面の赤外線センサで目的の赤外線を捕らえながらポストへ近づいていく。タッチセンサがポストとの接触を感知し赤外線センサで赤外線の消灯を確認したらポストを獲得したとする。ポスト獲得後、残りのポスト獲得に向かう。
図２ ルート概要図




5.  ハードウェア
 
1. システム構成ツリー 下記にシステムの構成を示す。




2. エレクトロニクス回路構成／機能

図3.MIRS9805エレクトロニクス回路ブロック

各部の機能

1. MPU部

CPU：68k, RAM：512kb, system clock : 16MHz,RTC 等 の機能を持つ。
2. 汎用入出力制御（PIT）部 (IP-Dig.48 Board)

各センサとの入出力の制御と、24bitカウンタの機能を持つ。
3. ロータリエンコーダ制御部

モータの回転数を測定。また、タッチセンサの信号処理も行う。
4. PWM回路部 (I/O sub,MPC)

この回路は、モータを制御する信号であるＰＷＭ信号を作り出し、方向データと共に出力する回路である
5. 赤外線センサ部

赤外線センサ回路、赤外線センサ周辺回路からなり、競技場内の円柱に取り付けられたLEDから発せられる赤外線を感知する。
6. 超音波センサ部

発信機と、受信機からなり超音波が発信機から出て壁や、円柱等に当たって反射波となった波を受信機で受ける。
7. タッチセン部

障害物との衝突をマイクロスイッチにより検出。信号をロータリエンコーダ制御回路に送る。
8. I/Oボード部

インプット/アウトプット、メモリ、割り込みの働きを持つ。ボード上でのバッテリーによるバックアップが可能である。
9. I/Osubボード部

I/Osubボードは超音波センサ回路、PWM回路、赤外線センサ回路を搭載したボードである。
10. マンマシンインターフェース部

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。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。また、赤と緑のLEDを１つずつ持つ。
11. 緊急停止装置部

MIRSを緊急停止させるスイッチをもつ。モータ駆動のための電源スイッチを切ることで緊急停止させる。
12. ＰＤ（電源制御部）

各部回路、駆動系への電力の供給を行う。ロック式の回路電源スイッチと、ノンロック式の駆動系電源スイッチを持つ。
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）
• 電源制御基盤仕様（現在作成中）
4. 緊急停止装置

標準MIRSの勝敗判定装置をベースにして作成。赤外線ランプの回路を無くし、停止装置としてのみの機能を残す。
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
• 赤外線センサ
• 超音波センサ
• 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）
• 緊急停止装置
• ケーブル類
 
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。(超音波センサに関しては番号(選択信号2bit）のみ）

センサ		IO port Address/bit	備考
超音波センサ (選択信号) (下位2bit)	右	2 (10)
	左	3 (11)
	前	0 (00)
	後	1 (01)
赤外線センサ	右後	0xfc6153/7
	右中	0xfc6153/6
	右前	0xfc6153/5
	左後	0xfc6153/4
	左中	0xfc6153/3
	左前	0xfc6153/2
	前右	0xfc6153/1
	前左	0xfc6153/0
タッチセンサ	右	0xfc6003/4
	左	0xfc6003/5
バンパタッチセンサ		0xfc6003/6

6. ソフトウェア
1. 動作モード

図4.状態遷移図
(Tgif Format,PostScript)




状態遷移表

次の状態／現在の状態	初期状態	ルート移動状態	トレース移動状態	回避状態	接近状態	スイッチを押す状態	獲得態状	復帰状態	スイッチを探す状態（２回目）	獲得状態（２回目）
初期状態	ー	１回目（DIPSW=0) /ー	２回目(DIPSW=1) /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ
ルート移動状態	リセットＳＷ押下 /ー	ー	Ｘ	タッチセンサで既に獲得したポストを発見した。 /ー	超音波検出有りかつポスト獲得していない /現在位置保存	タッチセンサ検出有りかつポスト獲得していない /現在位置保存	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ
トレース移動状態	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	タッチセンサ検出有りかつポスト獲得していない /ー	赤外線センサ検出有り /ー
回避状態	リセットＳＷ押下 /ー	回避終了(一回目) /ー	Ｘ	ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ
接近状態	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー	タッチセンサ検出有り /現在位置保存	Ｘ	見失った /ー	Ｘ	Ｘ
スイッチを探す状態	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー	スイッチをみつけた（赤外線感知） /ー	どうしても見つからない /ー	Ｘ	Ｘ
獲得態状	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー	ポストを獲得した（赤外線消灯） /ポスト、スイッチ位置を保存	Ｘ	Ｘ
復帰状態	リセットＳＷ押下 /ー	元の位置に戻った /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー	Ｘ	Ｘ
スイッチを探す状態（２回目）	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー	スイッチを発見した /ー
獲得状態（２回目）	リセットＳＷ押下 /ー	Ｘ	ポストを獲得した /ポスト位置保存	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	Ｘ	ー

状態の定義

1. 初期状態：電源投入、システムリセットの最初の状態。
• １回目(DIPSW=0)ならばルート移動状態に遷移する。
• ２回目(DIPSW=1)ならばトレース移動状態に遷移する。
2. ルート移動状態：ルート上を移動しつつ超音波センサとタッチセンサによりポストの探索を行い、ロータリエンコーダ・超音波センサを用い常に自分の位置を修正する。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• タッチセンサで既に獲得したポストを発見したら回避状態に遷移する。
• 超音波検出有りかつポスト獲得していないかつポスト近いとき時、接近状態に遷移する。
• タッチセンサ検出有りかつポスト獲得していない時、スイッチを押す状態に遷移する。
3. トレース状態：一回目で記憶したポストの座標をもとに、センサを使う必要のない範囲内で移動速度を上げることにより時間の短縮を 図る。また、移動は最短距離を通る。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• タッチセンサ検出有りかつポスト獲得していない時、スイッチを探す状態に遷移する。
• 赤外線センサ検出有りの時、獲得状態に遷移する。
4. 回避状態：発見したポストがすでに獲得済みのため、そのポストをよけながら他のポストを探す。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• 回避終了の時、ルート 移動状態に遷移する。
5. 接近状態：超音波で発見した離れたところに存在するポストを獲得するため、そこまで移動する。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• タッチセンサ検出有りの時、スイッチを押す状態に遷移する。
• 見失った場合、復帰状態に遷移する。
6. スイッチを押す状態：赤外線でスイッチを位置を探す。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• スイッチをみつけた（赤外線検出）時、獲得態状に遷移する。
• どうしても見つからない場合、復帰状態に遷移する。
7. 獲得状態：ポストのスイッチを押してポストを獲得する。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• ポストを獲得した（赤外線消灯）時、復帰状態に遷移する。
8. 復帰状態：移動ルート上への復帰移動を行う。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• 元の位置に戻った時、ルート移動状態に遷移する。
9. スイッチを押す状態（２回目）：記憶したポスト位置まで移動してスイッチの位置を探す。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• スイッチを発見した（赤外線検出）時、獲得状態（２回目）に遷移する。
10. 獲得状態（２回目）：記憶したスイッチの位置を押す。
• リセットＳＷ押下時、初期状態に遷移する。
• ポストを獲得した（赤外線消灯）時、トレース移動に遷移する。
2. リアルタイムモニタ

MIRS用に開発されたMIRX68Kを使用する。
MIRX68K user's manual（現在作成中）
3. タスク構成／機能

図5.タスク構成図
(Tgif Format,PostScript)




1. 低レベルタスク　：主に、高レベルタスクからハードウェアのコントロールのために起動される。
• task00：マンマシンインタフェースタスク

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。 　
•  task01：超音波センサタスク

４つの超音波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。
• task02：自己位置検出タスク

一定時間ごとに起動され、ロータリエンコーダの値から自己位置のx､y座標と姿勢角をBBに書き込む。
• task03：赤外線センサタスク

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：PWMモータ駆動タスク

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。
2. 高レベルタスク
• task06：自己位置修正タスク

自己位置をルート情報と照らし合わせ、自己位置の修正を行う。このタスクは、軌道トレースタスクにより定期的に起動される。
• task07：回避タスク

回避のためのルート修正を行う。このタスクは、軌道トレースタスクにより起動される。起動タイミングは、タッチセンサがすでに獲得済みのポストに反応したとき。
• task08：軌道トレースタスク

前もって記録させておいたルートをエンコーダの値や超音波センサを使いトレースする。このタスクはメインタスクから起動される。各種高レベルタスクの起動を行う。
• task09：試験走行タスク

試験走行用のタスク。各種試験を行うもの。試験内容はシステム試験仕様書による。このタスクはメインタスクから起動される。
• task10：位置復帰タスク

ポスト獲得後に元のルートにエンコーダの値や超音波センサを使い定められたルートまで戻る。このタスクはポスト獲得のための行動終了後、元のルートへ戻るときに起動トレースタスクにより起動される。 　
• task11：ポスト獲得タスク

自分の向きをポストに垂直にし、その後９０度回転する。エンコーダ値を使いポールの周りを回転しつつ、赤外線センサでスイッチの位置を確認する。スイッチ発見後９０度回転して前進してポストに当たる。超音波で発見した離れた位置にあるポストを獲得するために、そのポストまで近づく動作も行う。このタスクは、軌道トレースタスクからポスト獲得を行うときに呼び出される。
3. メインタスク
　
• task05：行動計画タスク

mirs本体の行動を決定する。一回目の競技では、開始時にルート情報を修正保存を行う。二回目で使用する軌道の決定を行う。状態遷移図（表）のとおりに動作させる。
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）。

• センサ試験モード（１）:下２桁が超音波センサの測定値、上２桁は赤外線センサのデータ
• センサ試験モード（２）:下２桁が超音波センサの測定値、上２桁はタッチセンサのデータ
• センサ試験モード（３）:上２桁が回転方向、下２桁が回転数を表示
• 競技モード:押しボタンスイッチにより、各センサの値を順に切換え表示する。最下位の桁を選択中のセンサの種類の表示に使う。

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。

• DIPSW=0(xx00):競技モード１
• DIPSW=1(xx01):競技モード２
• DIPSW=2(xx10):センサ試験モード（１）（２）
• DIPSW=3(x011):センサ試験モード（３）
• DIPSW=7(x111):試験走行モード

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。
MIR9805システム試験仕様書

• MIRS9805システム開発計画書(MIRS9805-SYSTEM-0001)