Fantom3rdの走行パラメータ

今年の走行速度を公開．第4,5走時のものである。
これを公開すると次の大会はこれを超えるつもりで調整しないといけないのでしんどい。。。

Name	Sapphire	Fantom	Fantom2nd	Fantom3rd
Year	2015	2016	2018	2021
Acceleration [m/s2] (Straight)	13.5	16	17	25
Acceleration [m/s2] (Diagonal)	12	12	12	20
Max. speed [m/s] (Straight)	4	4	5	5
Max. speed [m/s] (Diagonal)	3.2	4	4	4.5
45deg turn [m/s]	0.99	1.18	1.36	1.56
90deg turn [m/s]	1.02	1.30	1.55	1.75
90deg turn [m/s] (diag. to diag.)	0.78	1.01	1.30	1.55
135deg turn [m/s]	0.8	1.04	1.32	1.56
180deg turn [m/s]	0.81	1.06	1.33	1.57
mass[g]	11.5	12.0	11.8	14.8
size[mm x mm]	58x38	52x38	52x38	55x38
suction force[g]	-	10	30	70
motor for wheel	Mk-06-4.5	Mk-06-4.5	CheersonCX10	Mk-06-4.5
motor for suction fan	-	M412PA	M412PA	CL-0614-10250-7
Lipo Battery	3.7V,70mAh	3.7V,70mAh	3.7V,80mAh	7.4V,50mAh
gear ratio	8:37	8:37	7:37	8:37

　あとは、全日本大会の表彰式も公開していただき、なんと田代賞をいただいてしまった。この年の記録に残すに足るロボットor人に選んでいただき光栄です。ちなみに田代賞をいただいたのは2回目になります。多分2回いただいのは私が初めてかと思います。また田代杯が開けるようになって、田代さんにも楽しんでもらわないと。
(地味に田代杯も4連覇中なので、5連覇に向けても調整しないと)

ということで先日優勝楯、表彰状、副賞and田代賞の賞状いただきました。

大会終わっても皆さん分梱包配送していただくので普段より大変かと思いますが、ありがとうございます。

第42回全日本マイクロマウス大会

 　2年も更新してないズボラぶり。。。
大会がリアル開催されないとなかなか更新する気が起こらず、すみません。
今年度はいくつかの地区でリアルやオンラインで大会があったものの、私個人は初の参加。
競技結果は無事、マイクロマウス(旧ハーフ)で優勝することができました。

　今年は2年ぶりの全日本大会で、国際ロボット展の中で開催いただいており、実際に出てみると、初めて(？)の会場な上に例年にないオペレート/タイムスケジュールの中で運営の皆さまや選手一人一人がうまいこと動いて競技進行していただき大変快適に過ごせました。

　展示会との合同開催は、マイクロマウス大会だけだとみてもらえない層や過去の参加選手の皆さまにも会えましたし、何より久しぶりに展示会にもリアル参加でき世の中の動向をアップデートできるので非常に思い出に残る大会になりました。この場を借りて、運営いただいた皆様にお礼申し上げます。

以下、ざっと大会について振り返り。

◆試走会

　今年はなんと本番前日に32x32で試走ができました。本番の路面と照明、何より実際のゴール位置で調整できたので非常に助かります。
(個人的には、前日の準備が大変なのは承知してますが継続してほしいですね)

　自分のロボットは、ざっと探索、最短を走行させ変な動きはしなかったのでそれ以上は触らず、といったところ。

◆競技本番

以下、競技について考察。他の方についてもロボット名を挙げて言及させていただきます。

・探索

今年は1回の走行で全面探査を終えたらしいのが3機。1走目が終わるまでのタイムは次の通り(競技時間10分のタイマの残り時間から出しているのであまり正確ではない)。

-こじまうす：5分30秒
-赤い彗星：6分30秒(最短走行でスタートに戻るなどして陽に終了感がなかったので全面やり切ったか不明)
-Fantom：5分00秒

　自分のマウスが特別遅いわけでもなく、ひとまず探索方法に問題なしか。今年はギャラリーが多く、このロボットは初めての会場だったがほこりや壁センサ挙動の影響でコケなくてよかった。

・最短

課題は北回りの直線コース/南回りのカーブコース。経路導出の観点からいうと素晴らしい課題。下記の通りどちらにも優位性があるように見えるので私も正解がわからない。

-南回りが優位と思われる根拠

　Fusionが北回りと南回りを走行しており、事実、南周りのほうがタイムが出ている。2輪マウスだからカーブのほうが速いから？

　北回りのほうが重ね探索後の競技後半の走行で実施のため、下手するとパラメータは北回りのほうが優勢にも関わらずそうなっている。

-北回りが優位と思われる根拠

　ここ10年くらいの大会で常にほぼ迷路製作者の意図通りの経路を導出しているこじまうすが全面探査の上選択している。その上吸引マウス勢を抜いている。

　こじまうすは2輪マウスであり強いて言えばカーブが得意にもかかわらず、である。

・勝負の分かれ目

　今年は私が5回走行できるうち2走目に優勝確定する紳士協定違反をやらかしてしまった。前述の経路導出が原因と思われる。言い訳をすると、2走目の走行パラメータはこれまでの実績的に1位になれるほど速いものでなかった(2走目で暫定2位になり3走目以降のパラメータで勝負の予定だった)。

　先述の通り経路の良しあしはマウスの性能に依存すると考えられる一方、赤い彗星はかなり直進にチューンナップされているが、北回りを走らなかったのでタイムが伸びなかったのかなと。

◆個人的な私信

・今年は初めて妻も全日本大会を現地で観戦。普段あってる人から久しぶりな方まで、ご挨拶できてよかったです。

・x10の出走時に部品(センサの遮光カバー)の脱落を指摘しておきながら自分がうまく行動できず長らく競技進行を止めてしまいすみませんでした。

・いやしかし、自分も年取った、、、年下の若手と思っていたメンバが何人か博士課程卒業します！とおっしゃっていて、時間が経つのは早いなと。2年ぶりに大会開いていただいたので余計かもしれない。今回はロボ展併催なので、エントリー有無とかかわらずマウス同窓会っぽく交流できて楽しかった。

◆最後に

　だらだらと書いてしまいましたが改めて、大会に関わったスタッフの皆さま、選手の皆さまありがとうございました。まだ表彰式などこれからと告知いただいてますのでまだまだ大変かと思いますが、せっかく時間を空けてやるので選手としては今年はこんなことがあった、来年はどうしたいなど整理してまた交流させていただければと思っています。

(大事なことが書いてないよと思った皆様、パラメータや機体紹介はまた追って記事作成します。)

Jetson Nanoマウス？③

前回の続き。今回は、作成した車体の紹介とテスト動画。今回で最終回。
まずは、システムの紹介。前回紹介の通り、Realsenseカメラを車体上部に搭載、迷路の壁の検出に使用している。
システム全体としては、カメラの画像をJetson Nanoで習得し、モーター制御ボードと通信し車輪を駆動する構成となる。また、HMIとやカメラのデータからの地図情報の取得、走行ナビゲーションは別のPCで実行している。(車体に画面やキーボードを乗せるのはイマイチなので、、、)

車体全景

システム概要 

紹介はこれくらいにして、実際の走行動画。まずはナビゲーションに必要な地図情報の取得。下記の動画の通り、カメラで撮影した壁の情報を２次元の点群に変換し、手動で走行しながら認識できた障害物(壁)を黒塗りのドット絵で保存する。

地図が作成できたらそれをもとに自動走行。下記の動画の通り、作成した地図に対し目標とする地点と車体の向きを指定すると、そこへ至るルートを計算されロボットが自律的に走行する。走行中は、認識できた壁情報と地図情報の整合性をチェックし自身の位置をほせいする。

以上、ここ数年のオープンソースライブラリのマイクロマウス活用事例の紹介。マイクロマウスだと、幾何的に壁の配置が決まっているし、赤外線センサ４つ程度で十分走れてしまうのだが、こんなやり方もありますよと。

Jetson Nanoマウス？②

　前回の続き。今回は、壁の認識方法について。
Turtlebot3のキットには、Lidarセンサと、ステレオカメラ(Realsenseカメラ)が付属している。このうちLidarは、測定レンジ的にそのままでは真横の壁も認識できないし、2次元でしか計測できないので工夫して使用するのも難しいと思い、カメラで壁を認識しようと思い立った。

　カメラでもそのままでは真横の壁も見えないわけだが、他の方もされているように迷路を上から見下ろすようにすれば、壁の上面の赤いところを視野に入れることができる。
　これを認識できないか、というわけで実験をしてみたのが以下の動画である。これは下記図の通りカメラで上から壁を見て、特定の高さ以上で、かつ赤いものつまり迷路壁上面のみを抽出したものである。
　マイクロマウスの競技の性質である、「ロボットの障害物は壁のみで、上面は赤である」という性質を利用し、3次元のカメラの画像を変換して検知した障害物を、高さ情報を消去して２D平面に圧縮し表示している。

動画の通り、赤い点(ハーフマウスの壁、ほんとはクラシックでやりたい、、、車体がそんなに小さくはつくれないので)と黒い点(床に引いた布)からなる生データのうち、コの字状にならんだ点のみ抽出できていることがわかる。

　これで、カメラのデータを変換して2DLidarのようなデータが得られ、LidarによるSLAMのようなことができるのでマウスっぽくなるかと。ちなみにカメラのデータをそのまま用いてSLAM(例えばこれ)をする技術もあるんですが、画像処理が結構重そうで、(よく見る実行環境がcorei7とかメモリ32GBとか、、、Jetson Nano(ARM4コア、4GBではさすがに実行できないよなぁ、、、)
重い環境認識処理自体と、処理後のデータそのものをなんとかしたかったわけである。

　壁の認識がそれっぽくやれたので次はシャーシを作って実際に走行させて、いろいろためしてみようと思う。

Jetson Nanonマウス？①

　突然なタイトルだが、昨今の世の中の情勢により、自宅で過ごすことが多く、何か面白いことできないかな～と思い遊びはじめてしまいました。

　ちなみに今年の大会に向け新作は作っており、それはまずまずいい仕上がりにはなっているものの、具体的にターゲットとする大会とその開催日が不明で、最後の仕上げみたいなのが着手できない感じである。。。

　経験上新作マウスを作る場合はGWくらいまでに基本的な調整を済ませて迷路を走れていないと大会でいい走りをするのが難しく、今年は世の情勢的にそれ以上のペースで開発ができているものの、その先いつ大会があるかわからないので他のネタを仕込もうかと思ったわけである。

　さて、前置きが長くなってしまったが、今回はJetson Nano積んだマウス的なのでSLAMで走行したら面白いんじゃないか？というお話。そういえば私の本業がこういう感じのロボットなのもありまして。
きっかけは、2019年の全日本大会で、副賞としてJetson Nanoをいただいていることである。

また、2018年全日本大会では、副賞としてTurtlebot3をいただいていることを思い出し、開発に着手した。

　これは、下記メーカー公式動画の通り、空間認識技術によって一度通ったルートを自動で走行できるロボットである。

　空間認識にはTOF方式の距離センサを回転させて空間のある平面上の各点の距離を計測する2次元Lidarセンサや、ステレオカメラによる三角測距で距離情報付きでRGB値が取得できるIntelのRealsenseカメラを用いる。それぞれのセンサの長所として、2次元Lidarセンサは特定の平面しか見れないが360度全方向監視できること、Realsenseカメラは全方向は見れない(今回のやつでは視野角70度くらい)が、3次元の物体の距離情報を得ることができるということがあげられる。

いただいたキットにはモーターからLidar/カメラ、バッテリなども含まれているので、マウスの迷路を走らせるならシャーシを小さくすればそれでいけると思っていたが、マウスの迷路のサイズと、付属センサの測距方法(TOF計測や三角測距)では、レンジが合わないという問題があった。
　TOF計測やカメラの三角測距では、良いものでも100mm以下での計測はあまり得意ではなく、クラッシックマウスでも迷路中央に車体があるとき真横の壁が見えないわけである。
　じゃあどうするのってことでやってみたらそれなりにうまくいく方法が見つかった。それはまた次回。

第40回全日本マイクロマウス大会

　令和初、今年で40回目を数える全日本マイクロマウス大会に参加。
記念すべき大会で、無事、マイクロマウス(旧ハーフ)で優勝することができました。
　ちなみに、昨年勝手に殿堂入りを宣言した田代杯ですが、そんな甘いことはもちろんなく出走させていただきました。こちらも、2016年に開始後4連覇ということで、とりあえず田代さん含め観客の皆さまに楽しんでもらえる走りが継続できているということで満足。

　今年はいろいろあって集中して開発時間を作るのが難しく、基本的にモーターの交換＆ファンマウントの微改良とその他細かい修正で出走したわけだが、何とか形にすることができた。実は走行速度自体はほとんど上がっていない(上げた5走目が失敗した)が、4輪やら吸引やら導入してきたツケをようやく払い終えたと思う。

　地味にうれしいのが、数年ぶりに探索を1走目のみで完了できたこと。何年間か段差に引っかかってリタイヤばかりだったので。今年はファンマウントの固定方法を改良し、昨年まで基板の裏からねじ止めだったのを圧入固定でやり直して基板裏面の突起をなくして無事完走できるようになったわけで。
　それ以外にもモーターは特性を厳選したので左右で同じ電圧をかければまっすぐ進むので、昨年はフラフラだった5m/s直線も目測うまく走らせることができた。

　毎年相変わらず出走前に寿命が縮みそうになり、出走後は一気に今年1年の疲れがやってくるわけですが、今年はそれに加えて自社で大会を開催するというのもあり、エントリーの所属には書いてないけど会社の代表のようなプレッシャーもかかったわけで。なんとか跳ね返せたので良かったものの、競技後しばらく動けないくらいには体に来てしまった。

　しかし毎年の蓄積というのは選手だけではないようで。今年も何かがあったとしても、そのリカバリーも含めてスムーズに運営してくださる皆様には本当に頭が下がる。(実行委員長が閉会あいさつでおっしゃるまで、少なくとも該当競技に参加してない私は気づかなかったわけで。)
　今年は自分も別の大会の裏方をするようになったので、その苦労が少しはわかった気がする。次は自分の番なので見習わねばならない。

　最後に、今年の副賞。今年も実行委員会、協賛企業様のおかげでたくさんもらえました。昨年はMTLのエンコーダをいただき、今年はFaulhaberの1717モーターをいただいたわけで、、、これはもしかしてアレが作れるのでは、、、

(しかし、、、来年の41回大会で本当に開始40年なわけですが、大会後の皆さまの1年やり切った表情を見ると年齢はこの日を境に「数え」で進行していることにして、マイクロマウス40歳でいいのでは、、、大会もマウサーもこの日を境に1歳年齢を重ねてる気がする)

Zirconiaファイル更新

Zirconiaのファイル群を更新。bitbucketからサンプルコード落とせるようにしてもらったのでその方法の紹介とか、電池の選択肢が増えたので追記とか。

見てみたい方は、【こちら】からどうぞ。
リンク欄の、「OpensourceHalfmouse"Zirconia"Documents」からも参照できます。

原価で部品の頒布をはじめて2か月ほどたつが、これまでに15台が頒布された。
この中で1台でも大会に出ると嬉しいのだが。