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今年のマイクロマウス製作の話

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2018年に作ったマイクロマウス機体の制御の話です.
システム同定や軌道追従の話はココらへんにまとめました.
(http://utcb.ikiu.me/MATLABSystemIdentification.html)
(http://utcb.ikiu.me/KanayamaControlMethod.html)

Published in: Technology
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今年のマイクロマウス製作の話

  1. 1. 今年のマウス製作のお話 dangorogoro
  2. 2. 自己紹介 ❖ システム制御系B3(@dango_bot) ❖ マイクロマウス作ってたりします. ❖ 最近, 興味のあるもの(手を出したいもの) ➢ 移動, CMSIS-DAP, アナログ回路, SLAM
  3. 3. 今年作ったものとか
  4. 4. Overview ❖ マイクロマウスの説明と作ったマウスの紹介 ❖ システム同定のお話 ❖ 軌道追従のお話 ❖ 自己位置推定のお話
  5. 5. 今年作ったマウス: NigLacertoの紹介 特徴 ❖ 4輪駆動 ❖ 吸引機構
  6. 6. 4輪のスキッドステア ❖ 2輪だと減速したときに重心が前に. ➢ 基板の頭が地面に接する. ➢ タイヤへの荷重が抜けて減速できない.(ノ∀`)アチャー ❖ 4輪だと加速時も減速時もタイヤが常に地面に接する.
  7. 7. 吸引ファン ❖ マウスが高速ターンした際に 遠心力で滑る. ➢ 1m/sでターンをすると横 に1Gかかる. ❖ 滑らないようにファンを回す ことで垂直抗力を稼ぐ.
  8. 8. 裏側のスカート ❖ 吸引した際にスカー トが地面に張り付い て, 気圧差を作る.
  9. 9. 吸引の動いている様子
  10. 10. 吸引について 反省点 ❖ 電流をめちゃんこ食う ➢ 流れる電流を許容できるような回路を作れてな かった.(マイコンが突然落ちるようになった)
  11. 11. システム同定 ❖ システム同定とは ➢ モデルの分からないシステムに対して計測デー タから数理モデルを出すこと.
  12. 12. 今年のマウス製作のお話 dangorogoro
  13. 13. システム同定 ❖ MATLABのSystem Identification Tool Boxを使った. ➢ 終わり. ❖ 並進方向と旋回方向にそれぞれステップ応答を入れた. ❖ ブログ書いたのでそっちを読むのがいいかも. ➢ (http://utcb.ikiu.me/MATLABSystemIdentification.htm l#MATLABSystemIdentification)
  14. 14. システム同定
  15. 15. システム同定 反省点 ❖ そもそもマウスを制御する上でステップ応答は入 れない. ➢ 高速域に達した際, 作ったコントローラーの応 答が悪くなった(それはそう. ➢ M系列信号や制御する周波数帯を考慮した信号 を入れる.
  16. 16. システム同定 反省点 ❖ 床がきれいでないと応答が正しく取れない. ➢ 日頃から床をきれいにする. (•̀ᴗ•́)‫و‬ ̑̑グッ ❖ 変速四輪が適切に回転できない. ➢ 旋回中心が果たして軸上にあるのか. ➢ 同定するなら二輪がいいのでは?
  17. 17. 軌道追従 ❖ Kanayama氏の論文を読んで実装した(A stable tracking control method for an autonomous mobile robot) ➢ 走った. ➢ 終わり.
  18. 18. 軌道追従: 実装編 1. 軌道を形成する点列を MATLABで作る. 2. csvファイルを生成して, マイコンのソースコー ドにコピーしてくる.
  19. 19. 軌道追従: 実装編 3. 走っている位置から点列を展開してそれを追いかける.
  20. 20. 軌道追従についての所感 ❖ 論文内では漸近安定まで証明されていたせいか, ターン の終わりなどでわずかに振動する. ❖ 自己位置をしっかり計測していないといけなくなる. ➢ センサーに対して敏感になった. ❖ 別にマウスが速くなるわけではない. ❖ データ(軌道の点列)の管理が大事
  21. 21. 自己位置推定 ❖ 計測にはエンコーダーとジャイロセンサー ➢ 計測輪がつけられないのでタイヤが滑ると死ん でしまう. ❖ 生じるズレを壁で行う.
  22. 22. 外界センサーによる自己位置推定 ❖ 横壁を見るセンサーで自己位置を推定する. ❖ 並進方向 ➢ 壁の状態が切り替わる位置から推定. ❖ 横方向 ➢ 壁センサーの値からテーブルを予め作成し, そこ から推定.
  23. 23. 外界センサーによる自己位置推定
  24. 24. 自己位置推定 ❖ 上述の自己位置推定でそれなりに走る. ➢外界センサーは壁の状態に影響されてしま うので, 弱めに ➢しかし, 大会2週間前から問題が...
  25. 25. なんか自己位置が ずれ始めた (は?
  26. 26. 問題の走行(外界センサーによる推定なし)
  27. 27. 問題のログ
  28. 28. なぜ? ❖ まず, 頭を抱えた. ❖ 次にタイヤ径を測った. ➢ 2mmずれてたので, 直した. ❖ しかしこれでもずれる.
  29. 29. ずれている原因はなにか? ❖ スリップ角でずれていた. ❖ スリップ角とは ➢ 車体が旋回する際に生じる求心加速度によりタイ ヤが変形. ➢ 変形したタイヤが元に戻ろうとして力が生じる. ➢ 機体の向いてる向きとロボットが実際に進んでい る向きがずれる.<-スリップ角
  30. 30. ずれている原因はなにか? (http://www5.plala.or.jp/Fulcrum/eng/collections/rena/re212.htmより
  31. 31. スリップ角を考慮して自己位置を推定する ❖ スリップ角は向心力によって生じる?ので向心力 と比例の関係にあると考える(†強い仮定†) ❖ 正しくタイヤの特性を調べるためにMagic Formula というモデル化手法があるらしいが, 時間的に ヾノ'д'o)㍉㍉
  32. 32. スリップ角の考察 Kが知りたい!!
  33. 33. スリップ角の考察 Kさえ分かればこれでスリップ角がわかる.
  34. 34. さっきの動画に対してスリップ角を考慮した軌道
  35. 35. スリップ角を考慮してオドメトリを求める
  36. 36. スリップ角を考慮してオドメトリを求める
  37. 37. 全日本大会前
  38. 38. 大会結果 ❖ 草の根大会: 10位(5走目に探索のみ成功) ❖ 東日本大会: 20位(最短失敗) ❖ 台湾大会: 完走(初最短成功) ❖ 学生大会: 6位(5走完走), 特別賞 ❖ 中部大会: 段差でコケて探索失敗 ❖ 全日本大会: 30位(最短走行成功, 斜め失敗)
  39. 39. 全体に対する所感と出来たこと ❖ システム同定, 軌道追従, 自己位置推定がそれなりにでき たが, まだ粗さがある. ❖ ハード面の作り込みが足りてないためにちゃんと走れな い問題が発生した. ➢ 横幅が広く, ターンがしづらい. ➢ 吸引による消費電流増加でマイコンが唐突にリセット する問題.
  40. 40. 全体に対する所感と出来たこと ❖ アルゴリズムの改良が必要. ❖ 継ぎ足しながらプログラム書くのやめたい.
  41. 41. 終わりに マイクロマウス面白そうと思っ た皆さんのCheeseへの参加をい つでもお待ちしております!
  42. 42. 終わりに 謝辞(皆さんの助けで今年も走ることができました.) ❖ 迷路を置く場所を提供してくださったものつくり センターの皆さん ❖ ともに遠征や試行錯誤をした東京理科大学Mice, 電 気通信大学ロボメカ工房, 東京工芸大学からくり工 房, 福井大学からくり工房I.Sys, 名古屋工学院専門 学校の皆さん
  43. 43. ❖ 一緒に遠征や大会参加をしたCheeseの皆さん ❖ 大会前に家に泊めさせていただいた@_Rokky_ ❖ 制御について色々話をしてくれたところさん, idさん, けり さん ❖ ものつくりでいろいろアイディアをくれたまっきーくん ❖ 大会運営してくださったNTFの皆さん ❖ MATLABをくれたMathWorksさん ❖ 台湾大会でオフ会ができたLINさんと龍華大学の皆さん ❖ 全日本大会前にフルサイズの迷路でデバッグさせていただ いたアールティーさん
  44. 44. おしまい 謝辞募集中 ٩(๑❛ᴗ❛๑)۶
  45. 45. 参考文献 ❖ 水野雅彦著: 実走行時タイヤデータを用いたモデル 化手法 ❖ Y.Kanayama: stable tracking control method for an autonomous mobile robot

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