2015b/Member 目次

ロボコンの説明

 480*332

ロボットAはSTART A地点から出発し、P地点におかれた赤いボールを拾って350mlのアルミ缶に当てる。その後、ロボットBがボールを回収する。引き続き青いボールについても同様の動作を繰り返す。ロボットBはボールを回収した後、最終的にGOAL Bまでボールを運ぶ。

詳しい説明はhttp://yakushi.shinshu-u.ac.jp/robotics/?2015b%2FMission3を参照

ロボットの説明

 480*360

写真左:ボールを缶に当てるロボット

写真右:ボールを回収するロボット

「ボールを缶に当てるロボット」

ロボットの構造

360*480 480*360

  • モータAはアームの部分、モータBは右タイヤ、モータCは左タイヤの役割
  • 使ったセンサは、光センサと超音波センサ。
  • 超音波センサは上下に動く。
  • アームの動きと超音波センサの向きが連動している(例 : アーム開く,超音波センサ下向き⇔アーム閉じる,超音波センサ正面を向く)

ロボットの動き

…恐伺肇札鵐気魏叱きにして、ボールを探す(ライントレースしながら)

↓↓

▲棔璽襪鮓つけるとアームを閉じ、超音波センサは正面向きに

↓↓

D恐伺肇札鵐気粘未鮹気

↓↓

ご未諒を向く

↓↓

ゥ棔璽襪鯤つ

  • ボールの放ち方
    480*332

「ボールを回収するロボット」

ロボットの構造

360*480

240*180 180*240

  • モータAはアーム部分、モータBは右タイヤ、モータCは左タイヤ。モータAだけで、2つのアームを動かす。
  • 使ったセンサは、光センサと超音波センサ。
  • 超音波センサは、(センサの位置の関係もあり)対象との距離を正確に測れなかった。なので、「そこにボールがあるのかどうか」の判断に使った。センサがボールを感知した時、値は20前後を示したので、「超音波センサの値 < 30」=「ボールが存在する」とみなした。

ロボットの動き

         缶←←ボール
          ↑
          ↑超音波センサ
        ロボット

上図のように超音波センサを向ける。

ボールが通り過ぎた時 : 超音波センサはボールを感知→0.8秒停止。そして超音波センサ再起動。その後のボールの動く向きによって、ロボットの動作が変わる。

1. ボールが跳ね返ったとき

       缶→→ボール
          ↑
          ↑超音波センサ
       ロボット

超音波センサで再び感知→ロボット直進→ボールをつかむ→ライントレースなどを使いゴールへ行き、ボールを離す

2. ボールが左に流れてしまったとき

2.1 跳ね返ったボールを感知しない

ボール←←  
         缶
            ↑
            ↑超音波センサ
          ロボット

超音波センサはボールを感知しない→ロボット左へ向かう

2.2 缶の左側に向かい、ボールを探索

    ボール
 ↑↑↑↑↑↑ 缶
   ↑↑↑↑
      ↑↑        矢印は、超音波センサが作用する範囲 
    ロボット

☆缶を感知しない程度に、ロボット(超音波センサ)を回転させる。

  • ボールが見つかった場合

ボールの方を向き、直進。その後ボールをつかむ

  • ボールが見つからなかった場合

ロボットを下図の向きに戻して、少し進んで、再び☆の動作

    缶
    ↑
    ↑      矢印の方へ向く
 ロボット

「ボールを缶に当てるロボット」のプログラム

自分の書いたプログラムではないので、詳しく説明はできません。

#define straight OnFwd(OUT_BC,30);
#define turn_left OnFwd(OUT_B,30);Off(OUT_C);
#define turn_right OnFwd(OUT_C,30);Off(OUT_B);
#define TURN_LEFT OnFwd(OUT_B,30);OnRev(OUT_C,30);
#define TURN_RIGHT OnFwd(OUT_C,30);OnRev(OUT_B,30);
#define THRESHOLD 35
#define get OnFwd(OUT_A,45);Wait(300);Off(OUT_A);Wait(1000);
#define open OnRev(OUT_A,45);Wait(300);Off(OUT_A);Wait(1000);

const float diameter=5.45; 
const float track=10.35; 
const float pi=3.1415;
void fwdDist(float d) {	//dcm進む
	long angle;
 	angle=d/(diameter*pi)*360.0;
	RotateMotorEx(OUT_BC,30,angle,0,true,true);
}
void turnAng(long ang) {	//ang度右旋回

	long angle;
	angle=track/diameter*ang;
	RotateMotorEx(OUT_BC,30,angle,100,true,true);
}
int searchDirection(long ang) {	//最短距離の物体の方を向く
	long angle,tacho_min=0,tacho_corr;
	int d_min;  
	d_min=55; 
	angle=(track/diameter)*ang;
	turnAng(ang/2);
	ResetTachoCount(OUT_BC);
	OnFwdSync(OUT_BC,30,-100);
	while(MotorTachoCount(OUT_B)<=angle){
		if(SensorUS(S4)<d_min){
			PlaySound(SOUND_CLICK);
			d_min=SensorUS(S4);
			tacho_min=MotorTachoCount(OUT_B);
		}
	} 
	OnFwdSyncEx(OUT_BC,30,100,RESET_NONE);
	until(MotorTachoCount(OUT_B)<=tacho_min||SensorUS(S4)<=d_min);
	Wait(14);
	Off(OUT_BC);Wait(500);
 	return d_min; 
}
task main() {
	SetSensorLight(S3);
	SetSensorLowspeed(S4);
	int catch=0;
	straight;
	Wait(500);
	RotateMotor(OUT_A,30,-80);
	while(true){
 		if(SensorUS(S4)>=12){	//超音波センサ値 >= 12 つまり、センサがボールを感知するまで
			if(SENSOR_3<THRESHOLD-9){
				TURN_LEFT;
			}else if(SENSOR_3<THRESHOLD-5){
				turn_left;
			}else if(SENSOR_3<THRESHOLD+5){
				straight;
      			}else if(SENSOR_3<THRESHOLD+9){
         			turn_right;
      			}else{
         			TURN_RIGHT;
       		}
   		}else{				//センサがボールを感知したとき
      			Off(OUT_BC);
      			get;
      			Wait(1000);
      			catch++;
 			if(catch==1){
        			RotateMotorEx(OUT_BC,40,-200,0,true,false);
        			RotateMotorEx(OUT_BC,40,200,-100,true,false);
        			Off(OUT_BC);
        			Wait(500);
        			RotateMotorEx(OUT_BC,40,700,0,true,false);
        			Off(OUT_BC);
        			Wait(500);
				int d=searchDirection(130);
        			PlaySound(SOUND_UP);
				if(d<=50){	//超音波センサが缶を感知した時した時
					Off(OUT_BC);		//↓ここからボールを放つ動作
					Wait(500);
					RotateMotorEx(OUT_BC,40,-300,0,true,false);  //下がる
        				Wait(6000);
        				open;	//アームを開く
        				RotateMotorEx(OUT_BC,90,340,0,true,false);  //ボールを掴んだまま速い速度で直進
        				Off(OUT_BC);	//急停止、このときボールを放つ
        				Wait(1000);
        				RotateMotorEx(OUT_BC,65,-730,0,true,true);	//下がる	
        				RotateMotorEx(OUT_BC,40,150,100,true,false);	//150度の右旋回
        				RotateMotor(OUT_A,60,50);	//アームを閉じる
        				straight;  //少しの直進
         				Wait(2500);
	 			}
	 		}
	 	}
	} 
} 

「ボールを回収するロボット」のプログラム

自分が担当したのは、主にこの部分です。

マクロ

#define SPEED 50	//Distなどのモータのパワーに、幅広く使用
#define SPEED_SLOW 30      //関数hand,turnAngなどで使用
#define THRESHOLD 45		//閾値
#define STEP 1		//Waitの引数として使う
#define STOP 3		//「ボールがセンサの前を横切った」かどうかを調べる値

関数

hand...ボールをつかむ

sub hand(int ang, int plmi) {	//ボールをつかむ動作
       /*plmi = 1 → アーム開
         plmi = -1 → アーム閉 */
	RotateMotor(OUT_A, SPEED_SLOW * plmi, ang);
}

Dist...指定した距離進む

const float diameter=5.45;	     //タイヤの直径(cm)
const float pi=3.1415;          //円周率
const float track = 10.35;	//タイヤのトレッド幅
sub Dist(float d, int fwd_or_rev){  //dcm前転(後転)
	/*fwd_or_rev = 1 → 前転
	  fwd_or_rev = -1 → 後転 */
	long angle;
	angle = d / (diameter * pi) * 360.0;
	RotateMotorEx(OUT_BC, SPEED * fwd_or_rev, angle, 0, true, true);
	Wait(100);
}

turnAng...指定した角度旋回する

sub turnAng(int ang, int R_or_L)  //ang度旋回
{
	/* R_or_L = 1 → 時計回り
	   R_or_L = -1 → 半時計回り */
	long angle;
	angle = track / diameter * ang;
	RotateMotorEx(OUT_BC, SPEED_SLOW , angle, 100* R_or_L, true, true);
	Wait(100);
}

searchDirection...最短距離の方を向く

int searchDirection(int ang) //ボールを探す関数
{
	SetSensorLowspeed(S1);
	long angle, tacho_min = 0, tacho_corr;
	int d_min;
	d_min= 300;  //仮の最小値
	angle = (track / diameter) * ang;
	turnAng(10, 1);  //10度右旋回(缶の誤認を防ぐため、10度しか旋回しない)
	ResetTachoCount(OUT_B);
	
	OnFwdSync(OUT_BC, SPEED, -100);
	while(MotorTachoCount(OUT_B) <= angle) {  //angleだけ左旋回
		if (SensorUS(S1) < d_min) {
			d_min = SensorUS(S1);
			tacho_min = MotorTachoCount(OUT_B);
		}
	}
	if (d_min < 30) {  //「超音波センサの示した最小値」が30以下のとき
		OnFwdSyncEx(OUT_BC,SPEED, 100, RESET_NONE);  //最小値だった方向を向く
		until(MotorTachoCount(OUT_B) <= tacho_min || SensorUS(S1) <= d_min);
	}
	else {  //30以上のとき
		turnAng(ang - 10, 1);  //ang-10だけ右旋回(関数開始前と同じ向きに戻る)
	}
	Off(OUT_BC); Wait(500);  //0.5秒間停止
	return d_min;  //「超音波センサの示した最小値」を返す
}

ライントレースする

関数「trace」で使う関数

sub turn_left(int speedA, int speedB) {	//左に曲がる
 	OnFwd(OUT_B,speedA); 			//引数speedAのパワーで、モータBを前転
 	OnRev(OUT_C,speedB);				//引数speedBのパワーで、モータCを後転
}
sub turn_right(int speedA, int speedB) {	//右に曲がる
 	OnFwd(OUT_C,speedB); 			//引数speedBのパワーで、モータCを前転
 	OnRev(OUT_B,speedA);				//引数speedAのパワーで、モータBを後転
}
sub go_forward(int speed3) {		//まっすぐ進む
 	OnFwd(OUT_BC,speed3);			//speed3のパワーで、モータBCを前転
} 

関数trace...「time秒以内、かつ、TachoCount < target」の間ライントレース(直進するパワー = speed3)

1.交差点かどうかを見極める際に、タイマーではなくタイヤの回転した角度(TachoCount)を利用

例えば、左旋回した時(光センサ値 < THRESHOLD - 15)のタイヤの回転数がtargetを超えたとき、ライントレースを終了する

2.「ライントレースを終了する時間」を設定できる

ライントレースを続ける時間を、引数timeで与えられる。1の方法が失敗したときの保険で使える。

sub trace(int time, long target, int speed3) {
	SetSensorLight(S2);
 	int speed1 = 25;  		//モータのパワー用
 	int speed2 = 20;  		//モータのパワー用(speed1より少し弱い)
 	long tacho = 0;    		//「その場で左旋回する」動作をし続けたときの、回転角の合計
 	long t;	    		//タイマーを使うときに使用

 	t = CurrentTick();	//ここで現在時刻をtに代入(CurrentTick() - t と使うことで、経過時間がわかる)
 	while (CurrentTick() - t < time && tacho < target) {
 	     	if (SENSOR_2 < THRESHOLD -15){  		//光センサの数値が、THRESHOLD-15より低いとき                       		
 			turn_left(speed1, speed1); 			//左右のモータをspeed1で左旋回(その場で左回転)
 						
 		} else if (SENSOR_2 < THRESHOLD -7) {	//光センサの数値が、THRESHOLD-7より低いとき						
			tacho = 0;				//tacho(turn_left1し続けた時の、タイヤの回転角の合計)を0にする。
 			turn_left(speed1, speed2);			//右モータをspeed1、左モータをspeed2(speed1より少し弱い)にして、左旋回
 	
 		} else if (SENSOR_2 < THRESHOLD +7){	//光センサの数値が、THRESHOLD+7より低いとき
 			tacho = 0;					//tachoを0にする
 			go_forward(speed3);				//左右のモータをspeed3にして、直進
 
 		} else if (SENSOR_2 < THRESHOLD +15){	//光センサの数値が、THRESHOLD+15より低いとき
 			tacho = 0;					/*tachoを0にする*/
 			turn_right(speed1, speed2);			/*右モータをspeed2、左モータをspeed1にして、右旋回*/
 		
 		} else {					/*光センサの数値が、THRESHOLD+15より高いとき*/
 			tacho = 0;					/*tachoを0にする*/
 			turn_right(speed1, speed1);			/*左右のモータをspeed1で右旋回(その場で右回転)*/
 			
 		}		
 		Wait(STEP);					//STEP(0.001)秒だけ動く
 		if (SENSOR_2 >= THRESHOLD-15) {		/*光センサの数値が、THRESHOLD-15より高いとき (=その場で左回転していないとき) */
 			ResetTachoCount(OUT_B);			/*モータの回転数をリセット(その場で左回転したとき以外はリセット)*/
 		} 
 		tacho += MotorTachoCount(OUT_B);		/*tachoに、モータの回転角を代入(「その場で左回転した時」の回転角しか代入されない)*/
 	}
	Off(OUT_BC); Wait(STEP); 
	PlaySound(SOUND_CLICK);	
}	  

メイン関数

実際の動作

プログラムの動きを画像で示した。(/*(1)*/の画像は、/*(1)*/のプログラムと連動している)

/*--------(1)----------*/

480*332

/*--------(2)---------*/

480*332

/*--------(3)---------*/

480*332

/*--------(4)----------*/(←この動作は、改善の余地あり)

480*332

mainのプログラム

task main() {
/*-------------(1)--------------*/
	long t;
	Wait(30000);  //30秒待機
	Dist(48, 1);  //48cm前進
	turnAng(91, -1);  //90度左旋回
	SetSensorLowspeed(S1);  //超音波センサ起動
	int ball = 0;  //変数「ball」...超音波センサの値 < 30 を示した回数を示す
	while (1) { //ボールが通過する様子を調べる
		if (SensorUS(S1) < 30) {  /*センサ値 < 30(ボールがセンサの前を通り過ぎたとき、センサ値が20程度を示すため)*/
			ball++;
		}
		if (ball == STOP) {  //通過した回数がSTOP(=3)になったら
			break;  //ループを抜け出す
		}
		Wait(STEP);  //STEP(0.001)秒間
	}
	Wait(800);  //0.8秒間待機
	PlaySound(SOUND_CLICK);  //次の動作に入ることを知らせる
	t = CurrentTick();
	while (CurrentTick() - t < 2000) {  //2秒の間繰り返す
		if (SensorUS(S1) < 30) {  //センサ値 < 30のとき
			ball++;  //ball + 1 ..つまりball = STOP + 1
			break;  //ループを抜け出す
		}
		Wait(STEP);
	}
/*------------(2)----------------*/
	if (ball == STOP + 1) {  //超音波センサ < 30を示すまで前進
		OnFwd(OUT_BC, SPEED_SLOW);  //SPEED_SLOW(=30)のパワーで前進
		while (ball < STOP + 2) {
			if (SensorUS(S1) < 30) {
				ball++;
			}
		}
		Off(OUT_BC);  //1秒停止
		Wait(1);
		Dist(35, 1);  //35cm前進
		hand(70, -1);  //ボールをつかむ
               /*-----(黄線)-----*/
		turnAng(30, -1);  //30度右旋回(ライントレースの黒線に入るため)
		Dist(8, 1);  //8cm前進(ライントレースの黒線に入るため)
               /*-----(緑線)-----*/
		trace(20000, 15, 40);  /*「20秒以内 && TachoCount < 15」の間ライントレース*/
               /*-----(水色線)---*/
		trace(7000, 1000, 50);  /*「7秒以内 && TachoCount < 1000」の間ライントレース*/
               /*------(青線)----*/
		trace(15000, 10, 40);  /*「15秒以内 && TachoCount < 10」の間ライントレース*/
               /*------(紫線)----*/
		turnAng(75, 1);  //75度右旋回
		Dist(15,1);  //15cm前進
               /*------(赤線)-----*/
		turnAng(20, 1);  //20度右旋回
		SetSensorLight(S2);  //光センサー起動
		OnFwd(OUT_BC, SPEED);  //黒線までSPEED(=50)のパワーで前進
		while (SENSOR_2 > THRESHOLD - 15) {}
		Off(OUT_BC);  //停止
		hand(70, 1);  //ボールを離す
	}
/*-------------(3)------------*/
	else {
		turnAng(90, -1);  //90度左旋回
		Dist(40, 1);  //40cm進む
		turnAng(90, 1);  //90度右旋回
		Off(OUT_BC); Wait(STEP);  //0.001秒間停止
 		while (1) {
 			int d = searchDirection(60);  //60度の範囲でボールを探す
			if (d < 30) {  /*searchDirection(60)の返り値 < 30のとき(探した範囲にボールがあったとき)*/
				Dist(20, 1);  //20cm進む
				hand(70, -1);  //ボールをつかむ
				break;  //ループから抜け出す
			}
			else {				
				OnFwd(OUT_BC, SPEED);  //0.5秒進む
				Wait(500);
				searchDirection(0);  /*searchDirectionを2連続で使うとバグるためseachDirection(0)をはさむ*/
			}
		}
/*------------(4)---------------*/
		trace(10000, 10000, 45); //どこかのラインにのる,ロボットの向きをゴール方向に向ける
		Dist(40, 1); //40cm進む、
		SetSensorLight(S2);  //光センサー起動
		OnFwd(OUT_BC, SPEED); //SPEED(=50)のパワーで、黒線に到達するまで直進
		while (SENSOR_2 > THRESHOLD - 15) {}
		trace(3000, 10000, 40); //「3秒以内 && TachoCount < 10000」の間ライントレース
		hand(70, 1);  //ボールを離す
	}

				
}

コメント

工夫点

  • ボールが缶に当たった後の「ボールが跳ね返った場合」と「ボールがそのまま進んだ場合」の違いを、超音波センサでロボットに区別させた。そして、場合によって動作を変えた。
  • 「ボールがあったらボールの方向を向き、ボールがなかったら元の方向を向く」関数(searchDirection)を用い、ボールが見つかったらボールを掴み、ボールが見つからなかったら少し進んで同じ動作を繰り返すようにした(「mainプログラム」の/*(3)*/参照)。こうすることで、広範囲のボールを探せるようになった。

反省点

  • /*(4)*/の部分が不安定。ボールの位置によって、ゴールに到着しない場合が多い。
  • 超音波センサに頼りすぎた。超音波センサが予期せぬ動作をしたら、ロボットはうまく動かない。
  • 缶より手前(ロボット側)にボールが飛んできたとき、缶に当たる前にロボットにボールが触れる危険がある。
  • 「二個目のボールを探すためのプログラム」が書けなかった(作業時間の配分ミス)
  • 投げる側のロボットを超音波センサが誤認するときがあった。
  • 投げる側のロボットと衝突するときがあった。

感想

  • ハードウェアの性能によって、ロボットのできることが大きく変わった。例えば、超音波センサを使うだけでも、できることが大きく増えた。
  • 超音波センサがうまく機能しないとき、ロボットの誤作動を防ぐことができなかった。このことから、ハードウェアの精度を高めることの重要性がわかった。そして、ハードウェアに頼り切りのプログラムを作ると、八方塞がりになることがわかった。

添付ファイル: fileロボコン6.gif 103件 [詳細] fileロボコン4.gif 96件 [詳細] fileロボコン3.gif 117件 [詳細] file2015b-missiona.jpg 105件 [詳細] fileロボコン1.gif 125件 [詳細] fileIMG_1408a.JPG 103件 [詳細] fileIMG_1407a.JPG 120件 [詳細] fileIMG_1406a.JPG 98件 [詳細] fileIMG_1409a.JPG 141件 [詳細] fileIMG_1410a.JPG 98件 [詳細] fileIMG_1411.JPG 98件 [詳細] file2015b-mission31.png 118件 [詳細]

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Last-modified: 2016-02-15 (月) 10:18:26