東京工業大学 ロボット技術研究会

東京工業大学の公認サークル「ロボット技術研究会」のブログです。 当サークルの日々の活動の様子を皆さんにお伝えしていきます。たくさんの人に気軽に読んでもらえると嬉しいです。
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ロボット

「ロボット技術研究会」通称「ロ技研」は、その名前の通りロボットの制作や研究はもとより、電子工作や機械工作、プログラミングなどの幅広い分野にわたるものつくり活動を行っています。

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新 玉乗りロボット

井土です。

去年あたりからちょくちょく玉乗りロボットを製作していました。
↓こんなのです。
tamanori_robot_overview

以前も玉乗りロボットを製作していたのですが、今作っているのはその改良版です。
ちなみに以前の玉乗りロボットに関する記事はこちらをご覧ください。
新しい玉乗りロボットはまだまだ制御関連で詰められていないところがたくさんありますが、最近とりあえず玉乗りができるようになりました。
実際に動いている動画はこちらになります。



最大の改良点はタイヤです。
以前はKORNYLAKのオムニホイールを使っていましたが、
今回はvstoneのなめらかオムニホイールを使っています。
この2つの大きな違いはオムニホイールの周囲の樽が1重であるか2重であるかの違いです。
1重のオムニホイールだと常にタイヤの接点と回転中心が同じ距離になるので、
タイヤが回転してもガタガタしません。

この画像を見ると違いがよくわかると思います。
omni
※画像はvstonさんから引用させていただきました
http://www.vstone.co.jp/robotshop/images/4571398310089_2.jpg

また以前はバスケットボールの上で動かしていたのですが、
今回は東急ハンズに売っていたプラスチック球ラバースプレー を塗って使っています。
なめらかオムニホイールは直径55mmなのでバスケットボールは大きすぎる気がし、
ちょうどいい大きさで安い玉を探していると東急ハンズにありました。
しかし、この玉もなめらかオムニホイールの樽も表面がつるつるなので全くグリップしません。
そこでラバースプレーを玉の表面に塗ることで解決しました。
玉の表面にラバースプレーを塗ってグリップを増す方法は熊谷先生も使っていた方法です。 

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まだ応募段階ですが、今年の8月に行われるMakerFaireTokyo2016にて
この玉乗りロボットを展示できたらと思っています。
もっと制御面を詰めていき、硬い机の上でも安定して玉乗りができるところを目指していきます。
また、外装をつけるなどして見た目も完成度を上げていけたらと思います。 

マイクロマウスの迷路探索

井土です。

rogyAdventCalendar2015 5日目です。

先日行われた第36回全日本マイクロマウス大会に友人のもりゅう氏が参加しました。

GgSBsy3s

このロボットの製作には一応私も協力をしており、迷路の探索アルゴリズムを担当しました。
今回は製作した探索アルゴリズムの概要を紹介したいと思います。

まずは同時に製作した探索シミュレータの動画を見てください。



マイクロマウスとは、迷路のスタートからゴールまでをいかに速く走れるかを競う競技です。迷路は競技直前まで知ることができず、迷路情報をロボットにプログラムすることも禁止です。ただ、迷路のサイズとスタート・ゴールの位置だけは事前情報として知っておくことができます。

競技には制限時間と走行できる回数に制限があります。スタートからゴールまでの時間は各走行ごとに測られ、一番タイムの短い走行のタイムがその人の記録になります。大抵の場合は1回目の走行で迷路をゆっくりと走って探索をし、壁がどこにあるかを記憶していきます。2回目以降の走行で1回目の走行で得た情報を元に最短経路を全力で走っていきます。


私が製作した迷路を探索し、最終的な経路を決定するアルゴリズムについて
  • どのようにして未知の迷路を探索していくか
  • どのようにして最終的に走行する経路を選択するか
の2つの部分に分けて大まかに説明をしていきたいと思います。


迷路の探索
探索にかかる時間を抑えたかったので、なるべく無駄の無い探索ができないかと考えました。
具体的には最短経路になり得そうな部分のみを探索して無駄を省こうとしました。

そこで次のようなアルゴリズムを考えました。

  1. 足立法でゴールに向かう
  2. 未探索の壁を通れるとして暫定のk最短経路を計算する
  3. k最短経路上の未探索壁を列挙
  4. 列挙した壁を調べに行く
  5. k最短経路上の未探索壁がなくなるまで2~4を繰り返す
*ここでいう最短経路とは迷路上の市街地距離のことです

足立法とはマイクロマウスにおいて迷路を探索する際によく使われるアルゴリズムです。絶対にゴールにたどり着けます。とりあえずゴールに一回は到達しておくことでタイムを残しつつ、1つの経路を確保します。

最短経路と言えば最も短い1本の経路のとこを指しますが、k最短経路とは短いものk本の経路のことです。(k=20とかでやっていました)ここでk本の最短経路を計算している理由は後ほどの最終的に走行する経路の決定についてのところで出てきます。

k最短経路を計算するアルゴリズムですが、Yen's algorithmというものを使いました。このアルゴリズムは来た道を戻って経路を稼ぐ経路を答えに含めないので今回の目的に適しています。Yen's algorithm中では2点間の最短経路を何度も計算するのですが、その最短経路の計算アルゴリズムは何でもいいです。なのでその最短経路は歩数マップをスタートからゴールまでたどることで求めました。
市街地距離であれば歩数マップから考えれば十分であり、実装も楽で計算も早いのでこうしました。

未探索の壁が無いものとして暫定のk最短経路を計算したとき、その経路上の未探索壁というのは
「もし壁がなくて通れたらこれが最短なんだけどなぁ」
という壁になっています。したがって今から壁があるかどうかを調べに行くべきです。実際に壁を見に行って未探索壁が一つ減ると、また状況が変化します。そこでもう一度暫定のk最短経路を計算し、また未探索壁を見に行きます。

見に行くべき未探索壁がなくなった時はk最短経路が確定したことになるので、そこで探索終了です。


最終的に走る経路の決定
マイクロマウスは走行タイムを競う競技です。探索時に最短経路を求めてはいるのですが、それはあくまで距離(市街地距離)における最短経路であって走行した場合に時間が最短になる経路ではありません。そこでなんとかして走行時間が最短となる(なりそうな)経路を探す方法を考えました。

まず、
距離が短いほど走行時間が短いだろう
という仮定を立てました。ただ、距離最短≠時間最短であるので
距離におけるk最短経路を時間における最短経路の候補としました。

k本の時間最短候補が求まったので、このk個の中から真の時間最短経路を選択します。
どうやって1本を選ぶかなのですが、k本それぞれについて実際にロボットがその経路を走行したとしたら何秒かかるかを計算します。直線の台形加速やカーブにかかる時間をロボットの実測値などに基づいて走行時間を計算します。また、ここではロボットが斜め走行できる場合は斜め走行をするとして考えていきます。k本すべての予想走行時間が計算できたらその予想走行時間が最短であるものを1本選びます。それを最終的に走行する経路として決定します。

以上のことをまとめると次のようになります。
  1. 距離に関するk最短経路を計算する
  2. 斜め走行できるところは経路を斜め走行に変更する
  3. 計算した経路のコスト(予想走行時間)を計算する
  4. コストの最も小さい経路を選ぶ  


最後に
来年は個人でロボットを一つ作ってマイクロマウスの大会にでます。


大道芸ロボットコンテスト~鉄棒競技ロボット~

どうも,お久しぶりです.もりゅー(@Moryu_io)です.

長い間,更新をサボっていましたが,今日は講義「機械創造」内の,”大道芸ロボットコンテスト”製作物について紹介したいと思います.


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【マイクロマウス】マイクロマウス学生大会に参加してきました

こんにちは,11年度入学のところです.

今回は先日参加してきた第29回全日本学生マイクロマウス大会のレポートを書こうと思います.

CIMG2275

マイクロマウス競技は,小さな自律ロボットが広大な迷路の中を探索し,スタートから指定された場所にあるゴールまでの最短走行時間を競う競技です.

CIMG2520

CIMG2515

といってもイメージが掴みづらいと思いますので,今回参加してきた動画をご覧ください:



このように,まず1回めは真ん中にあるゴールをとりあえず目指して走っていきます.
最初は迷路の中の壁がどうなっているか情報を持っていないので,走行中に壁のあるなしを自分で判断して,頭(マイコン)の中に迷路を作っていき,その情報を使いながらゴールまでの最短経路を探します.
ゴールにたどり着いた後は,追加の探索をしながらスタート地点に帰ってきます.

そして…

それまでに探した迷路の情報を使って,最速と思われる経路を高速で駆け抜けます.
これを何度も繰り返し,最速タイムを目指します.

今回参加した学生大会は公式の大会で,無事完走した参加者にはこのような認定証が交付されます.
CIMG2556
私の機体は今回09秒942,第6位でした.

個人や社会人の競技者も参加する全日本大会は,今月末の11月22〜23日に,東京工芸大学 厚木キャンパスで開催されます.
大会公式Webサイト: http://www.ntf.or.jp/mouse/micromouse2014/index.html

ロ技研からも3台(?)が出走予定です!
是非皆さん見にいらしてください!

かわロボの紹介

こんにちは.山田(ymd)です.

今回はかわロボの紹介をしたいと思います.
 
かわロボとは,「かわさきロボット競技大会」の略称で,簡単に言うと,足と腕が付いたロボットを遠隔操作し,相手をひっくり返し10カウントもしくはリングから押し出すと勝ちとなる,ロボットの格闘技のようなものです.

実際の大会の様子はこちらの動画をご覧下さい.2010年のものですが,なかなか熱い試合展開が多いです.
中学生以下の部門と,高校生以上の部門の2つがあります.

細かいルールは以下の公式ページで.


さてさて,自分の進捗状況ですが,初号機は完成しており動作確認や修正を行っています.本大会も近づいてきているため,早く最終版を完成させてたくさん練習しないといけませんね.
写真は足機構に使用する部品の一部です.部室のCNCフライスで削りました.
DSC_0626

今年の本大会は8月の23,24日に川崎市産業振興会館で開催されますが,他の時期にも大学や企業が主催で同様の大会が行なわれており,7月26日には「日の出杯」が開催されます.
詳細は以下のページをご覧下さい.昨年の様子も見ることができます.
興味がある方は見学に行ってみてはいかかでしょうか?

ではでは~
ギャラリー
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  • NHK学生ロボコンチームMaquinistaの紹介(2017)
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  • 関東春ロボコン 準優勝!!
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