マイクロマウス ソフトウェア要求仕様書 第2.2版 2006年12月17日 冨山 隆志

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1 マイクロマウス ソフトウェア要求仕様書 第2.2版 2006年12月17日 冨山 隆志
冨山　隆志

2 変更履歴 No. 日付 変更箇所 変更理由 2006-10-20 全体 新規作成 1 2006-10-28 目次、機能要求
全体 新規作成 1 目次、機能要求 書ききれないところをT.B.Dとした。 2 システム状態遷移、ハードウェア動作確認機能 ハードウェア動作確認方法をシリアル通信からメニュー選択で行うことにしたため。 3 エラー処理 エラー処理とエラー報告ログの表示を追加。 4 システム状態遷移 clearイベントを追加 5 エラーログ表示方法と復帰方法を変更。 6 走行コマンド動作確認機能 確認機能の内容を決定したため。 7 非機能要件 目標性能の項目に巡航速度を追加。 8 目標タイムを現実的な値に引き下げた。 9 直進距離許容誤差を追加した。 10 直進距離許容誤差を 1% に変更。 11 wait mode からexecイベントで探索走行を開始するように変更。 マイクロマウスSW要求仕様書

3 目次 変更履歴 はじめに システム概要 対象範囲 参考資料 専門用語と略語 ハードウェア仕様 ハードウェア構成 基本機能 システム状態遷移
　　変更履歴 はじめに 対象範囲 参考資料 専門用語と略語 システム概要 ハードウェア仕様 ハードウェア構成 基本機能 システム状態遷移 使用環境 使用条件 機能要件 共通機能 探索走行機能 トライアル走行機能 サーキット走行機能 ハードウェア動作確認機能 走行コマンド動作確認機能 エラー処理 非機能要件 目標性能 ＲＡＳ定義 開発条件 設計手法 開発環境 ＲＡＳ充実方針 主要マイルストーン マイクロマウスSW要求仕様書

4 １．はじめに １．１　対象範囲 　本要求仕様書は、 2006年度版マイクロマウスのCPU上で動作する制御プログラムに関する要求仕様について取り扱います。 １．２　参考資料 中島史敬：“マイクロマウス「紫苑」大解剖！ソフトウェア編”、pp.22-27、ロボコンマガジン No.45、オーム社、2006. 森永英一郎：“マイクロマウス初心者講座”、 ニューテクノロジー振興財団、全日本マイクロマウス大会、 マイクロマウスSW要求仕様書

5 １．３ 専門用語と略語 マイクロマウスSW要求仕様書 用語 意味 マイクロマウス マイコンや電源を搭載した、迷路を探索する自律型ロボット。
１．３　専門用語と略語 用語 意味 マイクロマウス マイコンや電源を搭載した、迷路を探索する自律型ロボット。 第一走行 壁の位置についてのデータを持たない迷路において、スタート区画からゴール区画まで、コースを探索しつつ走行すること。 第二走行 予め壁の位置についてデータを持っている迷路において、スタート区画からゴール区画までの走行時間を短くすることを狙って走行すること。 探索 所定の探索アルゴリズムに従って、壁情報を収集しつつ、迷路内で未通過である区画を移動すること。 帰還 ゴール位置からスタート位置まで戻るために移動すること。 走行コマンド Ｎ区画前進、スピン、停止など移動するための基本的な動作命令。 スピン 左右の車輪を逆に回転させてその場で方向転換すること。 ＳＷ スイッチの略。（例：タクトＳＷ＝タクトスイッチ） ＲＡＳ Reliability（信頼性）、Availability (可用性）、Serviceability（保守性）の略。 信頼性 決められた条件下で仕様どおりの性能水準を維持できる能力。 可用性 ソフトウェアに存在する誤り（エラー）が障害として顕在化しても、その影響を極力少なくしてソフトウェアが稼動できる度合い。 保守性 ソフトウェアのエラー修正や性能・機能の向上を目的とした変更のしやすさの度合い。 Octopus NOKIAの研究所で考えられたオブジェクト指向ベースの組み込み向け開発手法。 マイクロマウスSW要求仕様書

6 ２．システム概要

7 ２．１ ハードウェア仕様（概略） 2006年度版 Ｅｎｄｅａｖｏｒ CPU Renesus H8/3052F
Clock 25MHz, ROM 512KB, RAM 8KB バッテリ ニッケル水素二次電池 単４型×１０本、12V、700mAh 寸法 全長×全幅×全高 120 mm × 80 mm × 80mm 車輪 直径　45 mm トレッド 74 mm 重量 650 g 操舵方式 Power Wheel Steering 方式 モータ ステッピングモータ×2個 センサ アナログ壁面センス方式 センサ用赤色ＬＥＤ×4個 フォトトランジスタ×4個 ユーザI/F タクトスイッチ×4個（うちCPUリセット1つ） 圧電サウンダー ５×７ドットマトリクス LED 状態表示用2色LED×5個 通信 I/F RS-232Cポート×1個 2006年度版　Ｅｎｄｅａｖｏｒ マイクロマウスSW要求仕様書

8 ２．２ ハードウェア構成 壁面センサ部 ＣＰＵ周辺部 モータ駆動部 CPU H8/3052F バッテリ 12V, 700mAh Driver
２．２　ハードウェア構成 壁面センサ部 ＣＰＵ周辺部 モータ駆動部 センサ用ＬＥＤ タクトＳＷ リセット Driver SLA7052M CPU H8/3052F フォトトランジスタ イネーブル 回転方向 クロック ２色ＬＥＤ Driver SLA7052M ドットマトリクス ＬＥＤ サウンダ バッテリ 12V, 700mAh マイクロマウスSW要求仕様書

9 ２．３ 基本機能 探索走行機能（第一走行） （Mandatory） トライアル走行機能（第二走行） （Recommended）
２．３　基本機能 探索走行機能（第一走行）　 （Mandatory） 壁情報を持っていない迷路において、スタート区画からゴール区画までコースを探索しつつ走行します。 ゴールに到達すると、自動的にスタート区画まで自律走行して帰ってきます。 トライアル走行機能（第二走行）　 （Recommended） 探索走行（第一走行）が済んだ迷路において、スタート区画からゴール区画までの走行タイムが短くなることを目指して走行します。 サーキット走行機能 （Optional） 予め壁情報が与えられた迷路の最外周をできる限り速い速度で周回します。 ハードウェア動作確認機能 （Mandatory） センサやモータなどのハードウェアが正しく動作することを確認します。 走行コマンド動作確認機能 （Mandatory） 前進やターンなどの走行コマンドが正しく動作することを確認します。 迷路情報確認機能 （Mandatory） エラーログ表示機能 （Mandatory） メンテナンスに 使用します マイクロマウスSW要求仕様書

10 ２．４ システム状態遷移 (not normative)
探索走行でゴールしてスタート地点まで戻り、最速走行を開始する。 power on reset wait ‘W’ clear select, clear exec ▲ end select [isReturned] search mode ‘1’ trial mode ‘2’ HW check ▼ ▲ end error select command check▼ error circut mode ‘S’ error ‘E’ error error H/W check mode ‘H’ error command check mode ‘C’ マイクロマウスSW要求仕様書

11 ２．４ システム状態遷移 (not normative)
current state S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 event wait mode search mode trial mode circut mode HW check mode command check mode error mode E1 power on reset E2 select (遷移なし） E3 exec [isReturned] trial mode E4 clear E5 HW check E6 command check E7 end E8 error マイクロマウスSW要求仕様書

12 ２．５ 使用環境（大会迷路仕様） １６区画（およそ３ｍ） 全体の大きさはおよそ3m×3m 1区画の大きさは180mm×180mm
２．５　使用環境（大会迷路仕様） １６区画（およそ３ｍ） 全体の大きさはおよそ3m×3m 1区画の大きさは180mm×180mm 全体では16区画×16区画 壁は高さが50mm、幅が12mm 壁の側面は白色、上面は赤色 路面はつや消し黒 迷路のパターンは大会が始まるまで知らされない。 スタート地点は迷路の左下隅 ゴール地点は中央の4区画 ゴール地点 スタート地点 大会会場は照明条件が不明なため、壁面センサには十分なノイズ対策が必要。 第２１回大会 エキスパートクラス決勝迷路 マイクロマウスSW要求仕様書

13 ２．６ 使用条件（一般的な競技手順） 名前を呼ばれたら競技用迷路の前に立ち、マウスを迷路のスタート地点に置く。
２．６　使用条件（一般的な競技手順） 名前を呼ばれたら競技用迷路の前に立ち、マウスを迷路のスタート地点に置く。 スタート地点の壁を用いたセンサのキャリブレーションはルール上認められている。 右手を上げて審査員に開始を知らせてから、マウスをスタートさせる。 普通は最初の走行で迷路を探索するように走行する。 2回目以降の走行ではマウスが集めた迷路情報から最速経路を走行することが多い。 ゴールまで到達できなかった場合は手を上げて審判員に申告する。 やり直しをする場合はマウスがこれまでに収集した迷路情報を消去する。 5回までやり直しが可能。 マウスがゴール地点まで到達すると1回の走行が終了する。 ゴールからスタート地点に戻りながら探索を続けても良い。 ゴールに到達したマウスは手で戻しても自律走行で帰ってきても、どちらでも良い。 5回の走行または制限時間内にゴールまで到達した最短時間が記録となる。 マイクロマウスSW要求仕様書

14 ３．機能要件 共通機能 探索走行機能 トライアル走行機能 サーキット走行機能（T.B.D） ハードウェア動作確認機能（T.B.D)
エラー処理

15 ３．１ 共通機能 バッテリ電圧監視 （Mandatory） 走行中断 （Recommended） その他
３．１　共通機能 バッテリ電圧監視 （Mandatory） マウスはバッテリ電圧を500ms周期で監視して、次表の2色LEDの色と点滅パターンで電圧レベルを表示します。 走行中にバッテリ電圧が10.0V を下回った場合、マウスは次の動作を行います。 走行を停止する。 （Mandatory） サウンダーから警告音を鳴らす。 （Recommended） ドットマトリクスＬＥＤに‘B’を表示する。 （Optional） 走行中断 （Recommended） 走行中にユーザどれか一つでもタクトＳＷを押すと、マウスは走行を停止します。 その他 タクトＳＷの操作を受け付けたことを知らせるために、タクトＳＷ操作時にサウンダから短い音を鳴らします。 12.5V以上　（容量８０％以上） 緑点灯 11.5V以上 12.5V未満　（容量４０～８０％） オレンジ（赤、緑）点灯 10.0V以上 11.5V未満　（容量１０～４０％） 赤点灯 10.0V未満　（容量　～１０％） 赤／消灯による点滅 マイクロマウスSW要求仕様書

16 ３．２ 探索走行機能 開始条件 基本シナリオ 中止条件
３．２　探索走行機能 開始条件 タクトＳＷ操作（select）により探索走行モードが選択されている状態で、実行操作（exec）を行うと、マウスは探索走行を開始します。（Mandatory） マウスは走行を開始する際に次の処理を実行します。 迷路情報を初期化する。（Mandatory） 2色LED×4個とサウンダで走行開始をアピールする。(Optional) 基本シナリオ マウスは探索走行を開始すると、与えられた迷路探索アルゴリズムに従ってスタート地点からゴール地点まで移動します。 今年のマウスは迷路探索アルゴリズムにポテンシャル法を使用します。 マウスはゴール地点に到達すると、ゴール地点の4区画を1周してゴール地点の壁情報を記録したあと、走行を停止して2秒間待機します。 走行停止時に、2色LED×4個とサウンダでゴール到達をアピールする。(Optional) マウスはゴール地点からスタート地点まで、最短経路を通るように探索を続けながら移動します。 マウスはスタート地点に到達すると、180°スピンしてスタート時と同じ姿勢をとって走行を停止し、2秒間待機して探索走行を終了し、トライアル走行を開始します。 走行停止時に、2色LED×4個とサウンダでスタート地点到達をアピールする。(Optional) 中止条件 走行中にバッテリ電圧が所定電圧より低下した場合 走行中にユーザがボタン操作を行った場合 探索走行中に同じ場所を 5 回以上通過した場合 マイクロマウスSW要求仕様書

17 ３．３ トライアル走行機能 開始条件 基本シナリオ 中止条件
３．３　トライアル走行機能 開始条件 探索走行が終了してマウスがスタート地点で2秒以上停止したあと、（ユーザの操作を介さず）自動的にトライアル走行を開始します。 基本シナリオ マウスは探索走行で得られた迷路の壁情報を使い、スタート地点からゴール地点まで最短時間で走行するための経路（最短時間経路）を計画します。 スタート地点からゴール地点までの経路が一つもできない場合、トライアル走行を中止します。 マウスは得られた最短時間経路を走行するための走行コマンド列を生成して、走行コマンドを順に実行することでスタート地点からゴール地点まで走行します。 マウスはゴール地点に到達すると、走行を停止して2秒間待機します。 待機中、LEDとサウンダでゴール到達をアピールします。 マウスはゴール地点からスタート地点まで、最短経路を通るように探索しながら移動します。 マウスはスタート地点に到達すると、180°スピンしてスタート時と同じ姿勢をとって走行を停止し、2秒間待機してトライアル走行を終了します。 走行停止時に、2色LED×4個とサウンダでスタート地点到達をアピールする。(Optional) 中止条件 スタート地点からゴール地点までの最短時間経路の計画に失敗した場合 走行中に壁との衝突を検地した場合 走行中にバッテリ電圧が所定電圧より低下した場合 走行中にユーザがボタン操作を行った場合 マイクロマウスSW要求仕様書

18 ３．４　サーキット走行機能 Ｔ．Ｂ．Ｄ マイクロマウスSW要求仕様書

19 ３．５ ハードウェア動作確認機能 開始条件 基本シナリオ 中止条件
３．５　ハードウェア動作確認機能 開始条件 マウスが wait mode の時、ＰＣからシリアル通信を介してHW checkが指示されると、ハードウェア動作確認モードを開始します。 基本シナリオ ハードウェア確認モードを開始すると、マウスはシリアル通信を介してＰＣに以下の項目を含むメニューを表示します。 ユーザＩ／Ｆ系ＨＷ タクトスイッチ、サウンダ、２色ＬＥＤ 走行系ＨＷ モータ、アナログ壁面センサ ハードウェア動作確認モード実行中、マウスは１秒間隔でバッテリ電圧を計測し、シリアル通信を介してＰＣに表示します。 ユーザがＰＣ上からキーボードを押すことでメニューを選択すると、マウスは選択されたメニューに相当するＨＷの動作確認処理を実行します。 ユーザが終了メニューを選択すると、マウスはハードウェア動作確認モードを終了して　wait mode に遷移します。 中止条件 マイクロマウスSW要求仕様書

20 ３．６　走行コマンド動作確認機能 開始条件 マウスが wait mode の時、ＰＣからシリアル通信を介してcommand checkが指示されると、走行コマンド動作確認モードを開始します。 マイクロマウスSW要求仕様書

21 ３．７　迷路情報確認機能 Ｔ．Ｂ．Ｄ マイクロマウスSW要求仕様書

22 ３．８ エラー処理 エラー処理の目的 エラー捕捉時は以下の処理を行います。
３．８　エラー処理 エラー処理の目的 正常な処理が続けられなくなったことを通知し、エラー発生場所や発生理由を特定して開発者に修正を促すためにエラー処理を行います。 エラー捕捉時は以下の処理を行います。 補足した順序でエラーコード、発生場所、発生理由を記録します。 回復可能なエラーについてはエラーコードを記録した後に回復を試みます。 回復不能なエラーについては、走行を停止して２色LEDを点滅させてエラー発生をユーザに通知し、error mode に移行します。 error mode時、ユーザがselect SWまたはexec SWを押すと、マウスはシリアル通信を介してエラーログを表示します。 error mode時、ユーザが mclr SWを押すと、マウスはエラーログをクリアして wait mode に戻ります。 マイクロマウスSW要求仕様書

23 ４．非機能要件 目標性能 RAS定義 フレッシュマンクラス目標タイム ３０秒 最大スピン速度（角速度） １８０ ［deg / sec］
フレッシュマンクラス目標タイム ３０秒 ５０歩　１５折を想定 単純計算で１折 １秒、１歩 ０．３秒 最大スピン速度（角速度） １８０ ［deg / sec］ 最大直進速度 １００ ［cm / sec］ 巡航速度 探索走行時 ３０ ［cm / sec］ トライアル走行時 ６０ ［cm / sec] 直進距離許容誤差 １％以内 RAS定義 信頼性（Reliability） Ｔ．Ｂ．Ｄ 可用性（Availability） Ｔ．Ｂ．Ｄ 保守性（Serviceability） Ｔ．Ｂ．Ｄ マイクロマウスSW要求仕様書

24 ５．開発条件 ５．１ 設計手法 Octopus を参照手法とします。 ５．２ 開発環境 ５．３ ＲＡＳ充実方針 信頼性 可用性 拡張性
５．１　設計手法 Octopus を参照手法とします。 ５．３　ＲＡＳ充実方針 信頼性 ハードウェア非依存部をＰＣ上でテストします。 迷路探索アルゴリズムの正しさをＰＣ上のマイクロマウスシミュレータで検証します。 可用性 軽微なエラーや回復可能な論理不整合は、警告表示を行ったうえで走行を継続します。 拡張性 探索アルゴリズムの差し替えや迷路情報の記述形式の変更に耐えられる設計を行います。 保守性 エラーの発生場所を特定しやすくなるように、エラーコードを充実させます。 ５．２　開発環境 統合開発環境 YellowIDE ver.6 Cコンパイラ YCH8 ver. 4.21 OS NORTi3 for YC マイクロマウスSW要求仕様書

25 ６．主要マイルストーン 10月30日（月） 参加申し込み締め切り 11月8日（水） テクニカルデータ締め切り 11月24日（金） 試走会
11月25日（土） 第27回全日本マイクロマウス大会 フレッシュマンクラス マイクロマウスSW要求仕様書

26 付録

27 マイクロマウス競技規則（１） 　　　マイクロマウス競技とは、ロボットに迷路を通過させ、その知能と速度を競う競技である。ここに出場するロボットをマイクロマウスと呼ぶ。 １.マイクロマウスに関する規定   1-1　マイクロマウスは自立型でなければならない。燃焼を利用したエネルギー源は許されない。 1-2　マイクロマウスは、競技中に操作者により、ハードウェアおよびソフトウェアの追加、取りはずし、交換、変更を受けてはならない。ただし、軽微な修理・調整は許される。 なお、特に必要と認められた競技会については、全く同一仕様のバッテリの交換は許されることがある。 1-3　マイクロマウスは迷路内に本体の一部を放置してはならない。 1-4　マイクロマウスは迷路の壁を飛び越し、 よじのぼり、傷つけ、あるいは壊してはならない。 1-5　マイクロマウスの大きさは、その床面への投影が１辺25ｃｍの正方形に収まらなければならない。走行中に形状が変化する場合も、常にこの制限を満たしていなければならない。ただし、高さの制限はない。 マイクロマウスSW要求仕様書

28 マイクロマウス競技規則（２） 2.迷路に関する規定
2.迷路に関する規定  2-1　迷路の壁の側面は白、壁の上面は赤、床面は黒とする。迷路の走行面は、木材に黒のつや消しの塗料が塗付されているものとする。 2-2　迷路は18ｃｍ×18ｃｍの単位区画から構成され、全体の大きさは16×16区画とする。区画の壁の高さは5ｃｍ、厚さは1.2ｃｍとする。迷路全体の外周の壁は全て存在する。（図1参照） 2-3　迷路の始点は、四隅のいずれかにあり、 時計回りに出発する。終点は中央の4区画とする。  2-4　各単位区画の四隅にある1.2ｃｍ×1.2ｃｍの小正方形部分を格子点と呼ぶ。終点の中央を除いたすべての格子点には少なくとも１つの壁が接している。（図1参照） マイクロマウスSW要求仕様書

29 マイクロマウス競技規則（３） マイクロマウスSW要求仕様書 3.競技に関する規定
3.競技に関する規定  3-1　マイクロマウスが始点から終点への走行に要した最短の時間をそのマイクロマウスの迷路通過時間記録とする。マイクロマウス競技においては迷路通過時間記録および最短時間達成までの過程ならびにその間の自立性を評価する。なお、評価基準ならびに表彰規定は競技会ごとに定める。 3-2　操作者は迷路が公開された後で迷路に関する情報をマイクロマウスに入力してはならない。また競技中にスイッチ操作等で、迷路に関する情報を修正、あるいは部分的に消去することはできない。 3-3　迷路の走行は、毎回始点より開始し、始点に戻った時点あるいは2秒以上停止、もしくはマイクロマウスの走行中止が認められた時点で終了する。 3-4　マイクロマウスが始点に戻り、自動的に再スタートする場合、始点において2秒以上停止しなければならない。 3-5　操作者は、競技委員長の指示または走行中止の許可がない限り走行中のマイクロマウスに触れてはならない。競技委員長は、あきらかに走行に異常が認められた場合、走行中止の申し出を認める。また、それ以外の走行中止の申し出については、迷路に関する記憶をすべて消去することを条件に認める。 3-6　マイクロマウスは10分間の持時間を有し、この間5回までの走行をすることができる。ただし、特に必要と認められた競技会については、持時間を7分、走行回数を5回、また持時間を5分、走行回数を5回とすることがある。 3-7　マイクロマウスの床面より5ｃｍ以内の部分が全て終点の区画に入ったとき、そのマイクロマウスは迷路を通過したと認められる。ただし、迷路の通過時間の測定は、始点のセンサがマイクロマウスをセンスしてから、終点のセンサが同マウスをセンスする間を計測する。 3-8　競技場の照明、温度、湿度は通常の室内環境とする。照明の調節に関する申し出は受け付けられない。 3-9　競技委員長は、必要と認められた場合、操作者に対しマイクロマウスについての説明を求めることができる。また競技委員長の判断で走行の中止、または失格の宣言その他必要な措置を講ずることができる。 マイクロマウスSW要求仕様書