マイクロマウス2010決勝

  全日本大会決勝が終わりました．これで今年のマウスも終わりで，毎年のことですが，楽しかった分現実に引き戻される帰りの新幹線が憂鬱です．

  ハーフマウスは大変よく迷路が考えられていて，探索から苦労しました．
結果は，
こじまうす6A　57秒306　6位入賞，ニューテクノロジー賞
と最短走行は成功しませんでしたがぎりぎり入賞．
最短経路の135度ターンからの20区画以上の長い斜め走行が難しいとか，競技前に迷路清掃が行われずにほこりだらけとかいろいろありますが，私のマウスの場合はフォトセンサの不調が走れなかった主要因です．もともと十分な信号強度は得られておらず，事前にできる限りの対策はしていましたが，それでも普通の直進が走れないほどに影響を受けていたようです．ハーフはかなり力をいれていただけに残念ですが，ずっと気になっていたフォトセンサの問題が理解できたので収穫とします．（決勝の出走順は予選順位の逆順だそうですが，来年は間違わないようお願いします）

そういえば，副賞で怪我するくらい（流血の報告あり）先の細いピンセットをいただきました．これでもっとえげつないハンダ付けをしろと．．．

  クラシックは調整不足で走る気が全くせず，その分全然緊張しませんでしたが，ふらふらしながらも走ってしまいました．最短走行のことなんて考えてなかったのでどんなパラメータで走らせていたのかわかりませんが，
こじまうす5　5秒848　6位入賞
まさかの入賞．毎年どの競技も決勝は入賞候補のマウスがどんどんリタイヤしていますので，今年は偶然チャンスが巡ってきたようです．（ちなみに私には関係ありませんでしたが，ほこりの観点からはシードマウスの出走順をもっと後にすべきだと思います）

参加者も多く，みんなぎりぎりまで調整するもんだから運営側は大変そうでしたね．お疲れ様でした．ではまた来年．

今年は休みの日にまだマウスをする時間がありましたが，次の休みからはそうはいかないので来年はどうなるだろうか．

マイクロマウス2010予選

  今日は予選でした．ハーフ，クラシックともにいろいろ問題があって調整とか修正とかしていたのでほとんど他の人の競技を見られませんでした．

  ハーフマウス
こじまうす6　　6秒996　5位（決勝進出タイム）
こじまうす6A　　4秒745　2位，決勝進出

ハーフマウスは見ている人には普通に走れているように見えても，いろいろ問題があって明日走れるかというときわどい．外乱光はたいして強くはないのですが確実に効いていて今まで調整してきた値をばっさり捨てるはめになっています．とくに長い斜めは現在絶望的．


  クラシックマウス
こじまうす5　　7秒733　5位，決勝進出

クラシックは予選敗退を覚悟しました．タイムだけ見ると結果は悪くないですが内容はあまりにひどかった．やはり日頃調整していないと走りませんね．


そしてこじまうす6Aのモータドライバが接触不良でモータが逆転するけど正転せず．周囲の人からいろいろ借りて一応復活．ありがとうございました．

調整中

  クラシックマウスの調整中，というよりバグとり．スラロームコマンドをハーフマウスから移植して一応動作しているのをホテルの机上30cm四方くらいのスペースで確認．

  あとはハーフマウスのゴール位置情報を確認．

  眠くて妥協できるようになったので終了．

つくば到着

  ようやくホテルに着いた．つくばは4年目なのに道に迷って一時間以上も歩いていた．どうやら方角を90度間違っていたらしい．マウスが壁にぶつかって向きを見失うとどんどん迷路を壊していくのに似ている．

作業終了

  おかしな挙動を見てしまわないうちに作業を打ち切った．あとは長い斜めの走行速度だけ決定すればいいはず．攻めすぎると会場でマウスが大破するかも．

  以上はハーフの話．クラシックは時間も迷路もないので当日に調整する．つまりは出走順次第．失敗すると完走すらできなくなる．

  ちなみに明日（今日？）は平常通りで，夜につくば入り．移動途中にクラシックのプログラムを書き換える．（大丈夫か？）

探索の調整完了

  探索走行についてはとりあえず調整完了した．下の動画くらい走れていればたぶん大丈夫でしょう．



経験定数が少し消えたのはよかったが，問題も浮上した．

- 探索から帰ってこれないパターンがある
  上の動画も帰って来ず，ストップしている．特に問題にはならないけど最短走行の計算にバグがあるということなので不安．

- 歯車にごみがはさまる
  ハーフマウスは小さすぎてごみがはさまって動けなくなることがある．本番の迷路はけっこう汚いと思うのでかなり不安．探索で長い距離走っているとごみをひろう確率は高くなる．でも打つ手なし．運任せ．

あと3日

  調整できるのはあと3日．火曜日と水曜日と土曜日．

増加する経験定数．
スリップしているときのズルズルっていう音がわかるようになってきた．
壁切れにバグっぽいのがある．

第30回大会（サイエンスチャンネル）

  思い出したので大学から投稿．

サイエンスチャンネルで昨年の大会の様子を見られる．私のマウスがはじめに出てくる．．．
続きは帰ってから見よう．

調整

  探索はまだ最後の調整を必要とするものの安定して走れそうな状態に戻った．探索終了後戻って来ないパターンがあるとか，まれに迷路データが壊れるとかちょっと問題もあるけど探っている時間はない．本番で迷路データ壊れたら最悪だが．

  最短走行の方はどうも限界が下がったような気がする上にターンの再現性がかなり悪い．結局一日費やしたがイマイチ．どこかで妥協点を見つけないと．

  フル迷路を使う機会を逃したので次は本番．の前に土曜日の試走台で最終確認．出走が早かったら無理だが．

不調

  やればやるほど悪化する．一週間ぶりにハーフマウスを走らせるとなんだか様子がおかしい．調整するとどんどんはまる．ついには探索すらふらつく．

  このままでは中部の試走会に行っても意味がない．よって自宅で調整．

クラシック挫折

  クラシックサイズは去年の機体で参加予定だが，中部地区大会で遅かったのでハーフのプログラム移植を昨日から試みているが．．．フォトセンサのノイズがあまりに大きいので挫折．無理．

  ということでタイヤ交換だけ．ハーフの完成度次第では少し改良の時間がとれるかもしれない．

  いずれにしても前日の試走会に参加できないので明日の中部の試走会に行こうかと思う．ということはソフト改良は明日の移動中までにしなければならない．さすがに時間が足りないか．

フォトセンサ３

  前回問題として残ったのはフォトトランジスタの非線形性であった．以下簡単に補正できるかもしれない方法．

単に2次曲線で近似しているだけである．簡単に組み込めるわりにはそれなりの効果があると思っている．定数aを0にしておけば従来の使い方と全く同じであるから，プログラムの構造を変更する必要もない．

最短走行調整中

  フォトセンサのネタはあと一つありますが，今日は最短走行の動画をup．



中部地区大会のときには走れなかったパターンも走れるようになり，その他いくつかバグをつぶすなどして，横方向に1.5Gかかるターンくらいなら安定してきました．それほどたくさんのパターンを試せてませんが．

  今日は学生大会でしたね．参加メンバーを考えると各競技ともかなりレベルが高かったのではないかと思います．私も参加したかったけれどもやはりちょっと時間的に無理でしたね．そして今年は全日本大会の前日試走会に参加できないという事態に．競技の日にかぶってこなかったのでよしとしましょう．

フォトセンサ２

  外乱光が定常かつセンサ出力が光強度に比例するならば前回のように簡単な回路，簡単な処理でほしい信号だけを取り出すことができる．実際にはそうはいかない場合がありうるので思いつくことを挙げて考えてみる．

・フォトトランジスタは反応が遅い
  フォトダイオードはほとんど時間遅れなく信号が出るが，フォトトランジスタは50us程度と遅い．しかも光強度によって反応時間が変化するため，CRハイパスフィルタなどで外乱光除去するのは困難である．そのため，LEDを発光させてから50us程度待ってからサンプリングし，ソフトウェアで外乱光を除去する方式の方がよい．

・外乱光は定常ではない
  カメラのフラッシュについては回路で除去するのは困難であるが，ソフトウェアで除去すればよい．白熱灯のようなものはほとんど定常光だと思われるが，つくばカピオには100Hzで強度が変化するライトがある（蛍光灯も同様に100Hzですが，弱いので地区大会などでは問題にならない）．でもこれも50usから見れば長周期なのでなんら問題はないはずである．

・外乱光だけでフォトトラが飽和するかもしれない
  そうならないように挟角，高輝度のLEDを使い，十分余裕をもたせて電流-電圧変換抵抗を選ぶ．余裕をもたせると分解能が犠牲になるが，フォトセンサにはそれほど分解能は要求されない．こじまうす6Aでは200/4000くらいしかでていない（ただの設計ミスともいえるが）．

・フォトトランジスタの非線形性
  ハーフマウスに使うために小さい素子を選ぶと，線形性がかなり悪い．LEDも小さくもともとS/N比が小さいこともあるが，懐中電灯で照らすと無視できないほど出力が変化する．引き算で外乱光を除去できない．中部地区大会のときはなんとかなっていたが，全日本大会ではやられる可能性が高い（ああいう会場は赤外線が強い）．回路ではどうにもならないが，ソフトウェアで外乱除去する方式だと非線形性を考慮する余地があるといえばある．

フォトセンサ

  今日からはフォトセンサの話．

  SFH4550のような半値角が狭く明るいLEDが安価に手に入るので，以下のようなフィルタをかませない構成が主流になると思われる．すでに主流か？今年の私のマウスも同様の構成である．

この場合，2回サンプリングしてソフトウェアで外乱光を除去する必要がある．TPS601Aのように非常によいリニアリティを有するセンサの場合は以下のように簡単に外乱光を除去できる．

これだけではまだ簡単・当たり前でおもしろくない話．

スリップ角 その４

  今回のは具体的な計算方法を考える．小ネタだが，実際に計算するときには重要となる場合もある．

この式を使って一定時間間隔の割り込み内でスリップ角を計算していく．私のマウスの場合，定数kはおよそ100[m/s^2]である．陰的に離散化するのは今年導入した方法で安定化させるために場合分けとかする必要がないので便利である．

スリップ角 その３

  どうやって考えたらよいかまとまったので，実際に計算できるように式を立てる．

私のマウスでは２年前からスリップ角の考え方を導入し，昨年からこの式を使ってデッドレコニングしている．スラローム旋回が縦方向に伸びることについては先読みして早めにスラローム旋回を開始する．

スリップ角 その2

  スリップ角についてもう少し考えてみよう．スラローム旋回のときのマウスの軌道はどうなっているんだろう？うーん．．．と考えている立場からすると，次のように捉えるのではなかろうか．

    向心力（遠心力）が働く --> スリップ角が生じる

タイヤの変形の観点から言えば，遠心力が働いてタイヤが曲げられるのでマウスの向いている向きと実際に移動している向きは少しずれる，つまりスリップ角が存在するということになろう．

  しかし，これをもとに少し考えると変な軌道を想像できる．私は実際に計算したことはないが，以下に引用するkatoさんの計算によく表れている．もしかしたらそういう図ではないかもしれませんが．いずれにせよ，今の捉え方では右向きにターンしようとしているのにはじめの位置よりも左にそれる軌道を描くことになってしまう．

ロボット工作研究室より引用

  そこで，冷静になって視点を変えてみる．

    スリップ角が生じる --> 向心力が働く

つまり，タイヤが変形するから戻ろうとする力によって向心力を得る．こう考えると，高速スラロームが縦に伸びる理由も説明できる．角速度が生じている時点で向心力が働いて円運動するのではなく，

    角加速度 --> 角速度 --> 角度 = スリップ角 = 向心力

のようにもう一段階遅れて角度が生じてから向心力が働くので円運動に入るまでに時間がかかり，軌道は縦方向に伸びる．

スリップ角

  マウスの旋回速度が大きくなってくると，理屈通りの軌道を描かない．というよりも軌道を十分予測できるような理屈を考えられていない．ここではマウスの横方向には常に速度が0であると考えているが，それに代わる何か新しいことを考えなければならない．まあ実際にはなぜ軌道を予測できないかはわかっていなくても経験定数で丸め込めばマウスは走るわけだが．

  でもまあそれでは今後の発展がないので何か考えるわけだが，今最も大きく効いていると思っているのはスリップ角である．これは実際にkatoさんがスラローム旋回をつくるときに考慮しているらしい．そこで示されている軌道を見ると，スリップ角を考慮するとかなり軌道が変わることがわかるが，高速でスラローム旋回すると実際にそれくらいずれる．

  軌道はかなり変化するが，それには再現性があり，しかもスリップ角を使ってそのずれを説明することができる．こうしたことから，スリップ角の考え方，すなわち，マウスの向いている方向と実際にマウスが動いている方向は少し異なると考えることが重要そうである．