燈 ーTomoshibi Technologyー
RoboCupJuniorJapanOpen2024まとめ
RoboCupJuniorJapanOpenとは世界中で行われている19才以下が参加できるロボットコンテスト
全国のノード大会、ブロック大会を勝ち進んだチームが参加
詳細 https://www.robocupjunior.jp/info.html
オンステージ部門とは7分間パフォーマンスと技術を問われるインタビューで点数が付き、勝敗が決まる。
計算機にしか見えていない世界を可視化することをテーマにして、出場した。
結果
オンステージ部門 優勝（7月に行われるオランダ世界大会への推薦獲得）
プレゼンテーション賞
得点
総得点 75.37点

パフォーマンス（ぜひ動画みてほしいです！！）

RoboCupJuniorJapanOpen2024 本番パフォーマンス

デモビデオ(TDV)

https://www.youtube.com/watch?v=o0AaMeLkkL0
TDP(Technical Description Paper)
このドキュメントの最後に添付します。

ポスター

OnStageワールドリーグ テクニカルディスクリプションペーパー（TDP） 注）提出書類は最大6ページまで
チーム番号

チーム名

チーム名ふりがな

WOS005

燈―TomoshibiTechnology―ともしびてくのろじー

チームメンバー※メンバー数に応じ、不要な行は削除してかまいません

氏名

学年担当

— —(6年目)

高校3年リーダー、メカ、回路、ソフト— —(2年目)

高校3年

ソフト、ポスター— —(1年目)

高校3年

アーム全般(回路、メカ、ソフト)— —(2年目)

高校3年

すべての回路チームアピール

計算機の表現手法を拡張し、見えないモノを可視化するプロダクトを開発している。
テクノロジーを深く理解し、新たなアイデアに繋げるために、できるだけゼロから自作することにこだわっている。私たちの世界観をより的確に表現するために、全てのメカ、回路をCADで設計するのはもちろんのこと、回路ではDCDCコンバータやモータードライバ、メカではサスペンション機構、ハンド機構、ソフトではマイコン間通信のプロトコル、DMAを使った演算の高速化など、細かいところまで、こだわって自作した。
また、大規模のプロダクト開発には、高校生のお小遣いでは全く足らない。そこで、サイエンスキャッ
スルや技育展、技育博、MakersU18、ロボット教室での体験会など、様々な対外的な活動を行った。
そして、応援してくださる人が増え、資金や場所を支援していただき開発を続けてきた。
パフォーマンス時間※練習時に計測する際の目安を記入して下さい。2023ルールでは、パフォーマンス時間は「１分30秒以上」になりました

4分30秒

パフォーマンスのテーマ・全体の流れ

テーマ：私たちには見えない何かの可視化
MovingDisplay、RobotArm、LedPoleが連携し、私たちには見えていない、向こう側の空間を、見せてくれるパフォーマンスを行う。
アピールポイント ※2023Performance Scoresheet、2023ルールP2～3参照

１

サスペンション、自己位置推定、速度制御機能付きの人も乗れるオムニ四輪台車

2

ラック・ピニオンハンド付きの、外骨格構造を用いて配線を隠したロボットアーム

3

リアルタイムで、音楽・環境音をビジュアライズするポールシステム

4

合計60台以上のマイコンを連携させる、ZigBee・RS485を使った制御網

ロボットの役割・名称

使用キット

MovingDisplay―仮想世界へ繋がるのぞき窓―

キットは一切使用していません

プログラム言語

C++(STM32CubeIDE)(Python)

動く機構・メカニズムについて大型の足回り大型ディスプレイを前後左右に動かすために開発した。ディスクリート部品で自作した瞬間1000Wまで対応のモータードライバと、両側からベアリングを入れ、カップリングを使いモーターに負荷がかからないようにした機構を組み合わせて、人が乗れるレベルの足回りを開発した。また、全輪が接地しないという問題があったため、試作を繰り返し、16個のバネを使ったサスペンション機構を搭載した。
また、この足回りは、RS485で信号を送るだけで、動作させることができる。そのため、上に搭載するものを変えれば、全く異なる使い方ができる。
スプリングと自作オムニを使った計測輪
床の僅かな歪みでも、オムニホイールの接地がずれ、ロボットの動きに大きな影響を与える。そこで、計測用のオムニホイールをバネで床に押し付けて、回転量を測定することで、正確な移動量を取得可能にした。

使用するセンサーとその目的

ジャイロセンサ
傾きの補正
ホイールにつけたエンコーダー
速度制御、モーターの回転角の把握
計測輪につけたエンコーダー
移動量の正確な取得
その他工夫したところ・特筆すべき点など完璧な自己位置推定
画面に適切な画像を表示するために、計測輪を用いた自己位置推定を行った。
ジャイロセンサでは、傾きしか取得することができず平行移動を感知できなかった。また、モーターにつけたエンコーダーでは、空転を感知できないことやモーターの回転数が速すぎて誤差が大きいことが問題だった。
そこで、計測輪を、バネで地面に押し付けることでどんな床材でも正確に位置を測定できるようにした。また、ホイール側にもエンコーダーを搭載し、正確な速度制御を実現した。
座標を指定すれば自動で動くソフトウェア
目標座標と、現在座標を比較し、最適な角度、スピードを計算し、指定時間内で移動する。そして、実際に動いた距離に合わせて、ディスプレイのピクセルの座標を変化させる。
行列等を使った、図形の描画
ディスプレイは、Pythonで開発した画像データを配列に変換するソフトウェアを用いて、画像の配列をマイコンに保存することで、表示していた。しかし、メモリ消費量が多く、大きな範囲や変化に対応できないため、各ピクセルと表示したい図形の関数の一致度によって光らせるようにした。

ロボットの役割・名称

使用キットRobotArm―動きと光による表現―

キットは一切使用していません

プログラム言語

C++(STM32CubeIDE)

動く機構・メカニズムについて配線をすべて隠したスタイリッシュな外装
なめらかなフォルムを作ることが、動きの美しさへと繋がっていくと考え、配線をすべて隠せる外骨格構造にした。配線を隠すためには、狭いスペースに配線を通す必要があり構造が複雑になる。しかし、幾度ものバージョンアップを経て、組立てやすさを向上させた。
また、フレームに自作したLED基板を搭載することで、うっすらと光らせることを可能にした。
直動機構を用いたハンド
表現力をより向上させるために新たにハンドを開発した。ラック・ピニオン機構を用いて、モーターの回転運動を直線運動に変換し、再度回転に戻すことで実現している。ギアは、はすば歯車を2つ組み合わせた3Dプリンタだからこそできる負荷を分散し、ギアの横ズレを低減してくれる構造をとった。バックラッシュも小さく、モーターの力を比較的効率よくハンドに伝えられる。
小型の3輪オムニ足回り
全方向に動作可能なオムニ台車を小さなサイズで作成した。構造には、自由な形状にできるPLA部品を使用しているが、下板はA2017を自ら加工したパーツを使い、剛性を高め、機動力を向上させた。

使用するセンサーとその目的サーボモーターのエンコーダー
モーターの角度を把握し、動きを決定する。
足回りのモーターのエンコーダ
モーターを速度制御する
自作の相対角度推定センサ
それぞれのロボットに円形に赤外線LEDと受光素子を搭載し、一方のロボットが発光し、もう一方のロボットが受光し、各センサー値をベクトル合成することで、2者の正確な角度を読み取る。
その他工夫したところ・特筆すべき点など

ベクトルを用いた、滑らかな境界表示
各ピクセルの角度の、指定された角度の、コサイン類似度を算出し、その値をもとに光らせ方を変化させることで、滑らかな美しい光を実現した。また、HSVの値からLEDに入力するRGB値を計算するクラスを自作し、滑らかな色相変化を可能にした。

ロボットの役割・名称

使用キット

LEDPole―空間全体を変化―

キットは一切使用していません

プログラム言語

C++(STM32CubeIDE)

動く機構・メカニズムについて1本当たり360粒のLEDを搭載
個別に制御し、複数のPoleで連携させることで、空間全体を変化させる。

使用するセンサーとその目的音楽の自動分析入力された任意の音楽を再生しながら、出力値を決定し、送信するソフトをProcessingで実装した。そして、音楽や音による空間変化を表現する。
環境音取得用のマイク
各Poleに搭載されているマイクを用いて、周囲の音を取得する。
その他工夫したところ・特筆すべき点など

DMXとArtNetどちらも選択可能
どちらも、舞台演出の機材でよく使われている規格である。マイコンを、他の機体はSTM32を用いているのに対して、ここではWiFi、UART（RS485）に対応したESP32を使い両対応させた。
DMXは有線のRS485の上に通すプロトコルで、ArtNetはDMXを無線化したWiFi上に通すプロトコルである。ロボカップでは、WiFiはオフにして、RS485で通信するが、他の展示機会(文化祭等)
では同じ信号をWiFi経由で送信することで、様々な環境下での空間演出を可能にした。

ロボットの役割・名称

使用キット

全体に用いている、制御システムについて（ロボットではないです。）

キットは一切使用していませんプログラム言語

動く機構・メカニズムについて使用するセンサーとその目的
その他工夫したところ・特筆すべき点など

統一した制御システム
各機体内は、自作したRS485上で送受信可能にするプロトコルを用いて、各マイコンが連携している。また、機体同士、全機体に搭載されているMother BoardのTweLiteを用いて、無線規格のZigBeeで連携している。
マイコンの変化
ブロック大会までは、STM32F446やSTM32F303等の有名なマイコンのみを使用し、Arduinoで開発していた。しかし、処理を高速化するためにDMAやタイマークロックの変更をしたかったため、STM32CubeIDEを導入し、HALを使い始めた。同時に、STM32が出しているマイコンであれば同じ環境で使えるようになったため、各基板に適切なペリフェラル数のマイコンを選べるようになった。
コネクタの統一による、ヒューマンエラーの防止
全基板において、コネクタと内部の信号を統一している。
よって、間違った接続をしたとしても、壊れることはない。
また、Motherは全機体で共通だが、Armでのみモータの定格に合わせて2セルのLiPoを繋ぐため、正しいバッテリ電圧のものが接続されているか常時ソフトで監視する。

C++(STM32CubeIDE)