本気の宅配便

全国大会優勝を目標に製作しました．
名前の由来はとあるチームメンバーが「魔女の宅急便」が好きだったため，それをもじってつけられました．
「まじのたくはいびん」です．「ほんきのたくはいびん」「まじのたっきゅうびん」と間違われたことがあります．
地区大会では優勝し，全国大会では優勝・ロボコン大賞・特別賞(東京エレクトロンFE株式会社)の三冠を獲得しました．
優勝とロボコン大賞のダブル受賞は，高専ロボコン史上3校目の快挙です．
また，熊本高専八代としても初の全国大会優勝，初のロボコン大賞です．
シーズン通しての練習回数は800回を超えました．
全地区大会を含めた全試合の中で，最大枚数の「24枚×2回=48枚」を3分間で出前しています．
出前ロボット
モチーフは「黒豹」で，非常停止スイッチ付近には黒豹の絵が貼られています．
地区から全国までの約1か月間に改良を重ね，運べる段数を16枚→24枚まで増やしました．
  • 足回り
    角材を越えていくため，4つのタイヤを圧縮空気の力を使い，足を上下させる機構が付いています．
    上下させるのに使用しているのは自作のエアーシリンダーです．
    この足の上下と，全方向に動くことが出来るメカナムホイールによってスムーズに各ゾーンをクリアしていきます．
    ロボット本体についているメカナムホイール(白い方)も3Dプリンターで成形したもので自作しました．
    なお，角材ゾーンを斜めに突っ切る作戦もありましたが，労力に見合う成果が得られないと判断し取りやめになりました．
    3Dプリンター製のメカナムホイールの意味はそこにあります．
  • 4重の蒸籠安定装置「Chozetsu」
    全国でも，類を見ない4重の蒸籠安定装置を搭載しています．
    下から説明します．
    1段目は，ロボット自身の傾きをセンサで検出し，ポンピングブレーキを用いたリンク機構で上3段を水平制御します．
    2段目は，縦方向のダンパーを搭載し，停止時や発進時の加速度を減衰させます．
    3段目は，横方向に円弧形のレールを搭載し，加速度や坂の傾斜に応じて自然に動きます．
    4段目は，3段目と同じ構造のレールを縦方向に搭載しています．
    特に1段目がミソで，振り子を大型化を最小限にとどめながら，蒸籠の枚数を増やすことにつながっています．
    もちろん，ほかの段も重要で剛性やガタ対策，滑り具合などの工夫が随所に施されています．
    これらの機構をまとめて，「Chozetsu」と呼んでいます．「超絶」ではなく「Chozetsu」です．
    これは，開発者がこのアイデアを考えたときに「この機構，"Chozetsu"滑りよくないとダメですよね」と発言したことからこの名前になりました．
  • エアータンク
    今回は金属製のエアータンクを使用しました．
    圧縮空気を貯めるという事の他，ロボットの重心を後ろに持っていくためのカウンターウェイトになるという役割があります．
    このロボットではカウンターウェイト対策をいくつか行っていますが，それでも傾斜ゾーンでは後輪が浮くほどせいろが重いです．
    また，ペットボトルは暴発する恐れがありますが，タンクは強度があるので，安心して多くの練習に取り組めます．
  • 回路・プログラム
    マイコンはSTM32 F3 DISCOVERY，IDEはIAR Embedded Workbench，言語はCを使用しました．
    マイコンボードを3枚使用しています．担当者も3人です．
    以下のように分けています．
    ・全体的な足回りの制御＆コントローラとの通信
    ・角材を乗り越えるための足の上下制御
    ・傾斜ゾーンでせいろを落とさないように水平に保つ制御
    モータードライバ回路(MDC)は，リレー＋MOSFETの組み合わせは変えず，MOSFETを強力かつ低コストなものを採用しました．
    MDCの故障はかなり減りました．
    バッテリーは，Hyperionで回路用にLiPo 3S 11.1V 45C 1100mAh，モーター駆動用にLiPo 5S 18.5V 45C 2600mAhを使用しています．
    ちなみに，カウンターウェイト対策でバッテリーも出前ロボット後方に搭載しています．
    コントローラーはDUALSHOCK2，DUALSHOCK2内部回路との通信はArduino Pro Mini，無線通信モジュールはXBee Series1 Proを採用しました．
    DUALSHOCK2とArduinoの通信は，インターネットで拾ったライブラリを活用しました．
    ちなみにSeries1と2との違いの問題から，この出前ロボットのみSeries1を採用しています．
    足回り担当

    全方位移動が可能なメカナムホイールの制御を担当しています．
    このほかにも，コントローラーとの無線通信を受信し，ほかの2つに渡します．
    操縦者が操縦しやすいようにフィールドの場所によって細かいモードわけがされています．
    それぞれのモードでは，最大出力や分解能が変化します．
    例えば，せいろが倒れないようにモーターの回転をコントローラのスティックに比例した線形でなく，二次関数のように最初の分解能を細かくしました．

    選手たちがモードわけをわかるようにテープLEDを初採用しました．
    これにより，傾斜ゾーンモードで角材ゾーンに突入し，角材に激突するような間違いがなくなりました．
    以下，ゾーンごとの細かい制御の違いと色を示します．

    スラロームゾーン(青)
    動き出しを滑らかにかつ，旋回性重視
    角材ゾーン(黄)
    足上下のタイミングがずれないように速度一定
    傾斜ゾーン手前(青)
    せいろの重みで重心が前方にずれ，横にそのまま移動すると旋回するので，後ろ側2つの出力強め
    傾斜ゾーン上り(赤)
    動き出し＆最高速度極小
    傾斜ゾーン下り(緑)
    動き出し＆最高速度極小
    追加でスイッチバックのため左前のタイヤを一時固定
    受取ゾーン(青)
    受取ロボットとの調整のため低出力時の操作性重視
    復路(青)
    速度，旋回の出力はMAX．0.1秒でも早く戻る
    ただし，角材ゾーンは角材ゾーンのモードで進む
    足上下担当
    角材をロボットの中央下向きに取り付けられたPSDセンサーを用いて検出し，シリンダーを駆動させてエアーの力で足を上下させます．
    足回りと通信しているので誤作動を防止するために角材モードの時しか動作しません．
    センサーは全部で3つ付いておりそれぞれ違う役目があります．
    手前から解説します．
    1つ目：角材の検知＆シリンダー内のエアーを抜く
    2つ目：足上げる
    3つ目：足下げる
    せいろ安定制御
    蒸篭を水平に保つため，加速度センサー，ジャイロセンサー，傾斜センサーを組み合わせています．
    ロボットが動いているうちは加速度センサーとジャイロセンサーで適宜お盆の角度を変え，
    坂の頂上で停止したところで傾斜センサーを用いて微調整を行います．
    これにより，角度の誤差が少なくなりました．これも傾斜モードの時しか動作しません．
受取ロボット
モチーフは「魔女」で，赤いリボンと黄色い衣装が特徴的です．
会場では目立ちませんでしたが，目が光ります．
  • 足回り
    オムニホイールを用いた4輪駆動で，蒸籠を持った時に転倒しないように補助輪がついています．
    レーザー加工した部品を用いたスマートな設計になっています．
  • 蒸籠を持つ機構
    2つのモーターで腕を動かし，1つのモーターで腕の上下を行います．
    軌跡が直線になるようにリンク比などを工夫しました．
    また，蒸籠を掴む部分には滑り止めがついています．
  • 回路・プログラム
    マイコンはSTM32 F3 DISCOVERY，IDEはIAR Embedded Workbench，言語はCを使用しました．
    出前ロボットが運んできたせいろをつかんで台に置くだけなので，センサーは使っておらず，複雑な制御もしていません．
    たくさんの蒸篭を持ち上げて移動するので移動時，旋回時の操作性を重視した足回り制御となっています．
    モータードライバ回路(MDC)は，リレー＋MOSFETの組み合わせは変えず，MOSFETを強力かつ低コストなものを採用しました．
    MDCの故障はかなり減りました．
    バッテリーは，回路用にHyperion LiPo 3S 11.1V 45C 2600mAh，モーター駆動用にHyperion LiPo 4S 14.8V 45C 2600mAhを使用しています．
    コントローラーはDUALSHOCK2，DUALSHOCK2内部回路との通信はArduino Pro Mini，無線通信モジュールはXBee Series2 Proを採用しました．
    DUALSHOCK2とArduinoの通信は，インターネットで拾ったライブラリを活用しました．
    この年のルールで突然，無線通信が認められたため新規開発になりました．

    ちなみに，全国大会で電源回路の可変レギュレータの足が折れていることに気づかぬまま試合をしていました． これに気づいたのが大会後の地域イベント出展中です． いま考えれば恐ろしい話です．