春休み2015予定

来年度からは大学院に進学します。

春休みは研究室のデモ用ロボットの修繕とか趣味のプログラミングとかをして過ごします。

研究室のデモ用ロボットはLEGOでつくられていて、今まではUNIXのPCで動いてたのだけど、老朽化というか研究系のシステム移行により見放されてしまったという悲しいモノです。

そこで、最近流行のLinuxボード、BeagleBone Blackをつかって復活させようというのを僕がやります。復活したころには僕も多少は新しいことを学んでいることでしょう。

あとは、プログラミングの勉強を兼ねて、評価値を基準に解を探索するプログラムをつくります。大学院に入ったら機械学習とかも勉強したいので、それまでは泥臭い方法を学んでおきたいです。

どちらも経過で学んだことは公開していきます。

BeagleBone Black

[GPSRCC]ToCoStickでRaspberryPiと通信

ロボットカーをRaspberryPiで動かすので大変だったのはwifi環境。
家ではwifi使えるのでそれで良いのだけれど、外ではwifiがないから動かない。
（大会ではwifiルーターを持参して通信してました。）

以前はこんな感じ

wifiに頼らない開発環境を！ということで、以前買っておいたToCoStickと、今回買ってもらったToCoStickを使って何とかしてやろうじゃん？っていう記事です。

これからはこうします

もちろん家ではwifiでsshが最強なのでwifiを使います。

【ToCoStickとは】
TWE-LITEっていう通信用のモジュールをUSBに挿せるようになってるやつ。
今まで有線だったシリアル通信を無線化できるでしょ？っていう感じ。
チャットとか色んな機能があるんだけど、正直いらない。

きれいなんだけど、もうちょっと小型化できないのかな。

【ToCoStickの準備】
ざっくり基礎知識（細かいとこは自分で調べて）
・ToCoStickやTWE-LITEはアプリ（ファームウェア？）を書き込んで動かす。
・最初に入ってるのはIOとか制御するアプリ。ToCoStickだとほぼ意味ない。
・シリアル通信専用アプリの「透過モード」が一番便利そう。
　　(http://tocos-wireless.com/jp/products/TWE-ZERO/App_Uart/)
・書き込み用ソフトがWindowsにしか対応してない（おこ）

【ToCoStickを使う】
Macに１つ、RaspberryPiに１つ挿します。
Macでは「CoolTerm」を使ってシリアル通信します。
RaspberryPiでは、おなじみ？の「minicom」でシリアル通信します。

親機の設定（どっちでもいいからとりあえずMac側にしてる）
・i: Device IDを121に。
・m: uart modeをT(透過モード)に。
・そして　S: save Configuration 設定を保存

子機の設定
・i: Device IDを1に。
・m: uart modeをT(透過モード)に。
・そして　S: save Configuration 設定を保存

なんか文字とか打つと１文字ずつ転送される。これでオッケー。

【コンソールを使う】（こっからが本題）
このままで、デバッグ情報をシリアルで送ってくれたりするようにできます。
競技中はそれでいいんだけど、RaspberryPiの場合はまずプログラムを起動しなきゃいけないですね。
シリアル通信でコンソールをいじれる必要があるわけです。
RaspberryPiの場合はGPIOピンに有線でつなぐとコンソールをいじれます。
USBでもこの機能を使わない訳にはいきませんね。

ここのブログでは逆に、シリアルで繋ぐとコンソールになっちゃうのを回避しています。
(http://www.soramimi.jp/raspberrypi/rs232c/index.html)

/boot/cmdline.txt のttyAMA0をttyUSB0に変えましょう。

dwc_otg.lpm_enable=0 console=ttyUSB0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait　

/etc/inittab の最後のttyAMA0をttyUSB0に変えましょう。
...

#Spawn a getty on Raspberry Pi serial line

T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyUSB0 115200 vt100

一応、再起動してToCoStickで通信はじめると、Mac側のシリアル通信ソフトにコンソールが飛んできます。

という訳で、wifi環境がなくても開発が可能になりました。
TWE-LITEの仕様のせいで使いにくい分はあるけど、特に問題はないです。

もちろん家ではwifiでsshが最強なのでwifiを使います。
アディオス！

[エレコン]Arduino IDEとLeonardoでAVRマイコンに書き込み

こんにちは。
この度、AVRマイコン（ATMEGA328P,ATtiny2313,ATtiny13A）を買ったり買ってもらったりして、どのように使っていこうか考えていました。

【ことのいきさつ】

Arduinoを使って書き込む方法があると知る

KosakaLab

http://make.kosakalab.com/arduino/use/arduino_dev.html

　　探すとここに行き当たる。丁寧な解説つきでとてもありがたい。

　　でもどこの説明もArduino UNOでやってる。

僕のArduino UNOは現在故障中で使えない

　スイッチサイエンスの永久保障

http://trac.switch-science.com/wiki/warranty

　　Arduino UNO R3の永久保障の内容が最強。みんなここで買うべきっしょ。

（はやく直してもらえばいいのに）

Arduino Leonardoは元気に使える

　　Arduino LeonardoはUNOとほぼ同等なボード。

使ってる人はUNOより少ない。ちょっと安い。

Arduino Leonardoでやってるページを見つける

　G2SS Diary: LeonardoでAttiny85にスケッチを書き込んでみた http://g2ss.blogspot.jp/2013/01/leonardoattiny85.html

　　できないことはないけど、一手間必要なんだなと知る。

Arduino Leonardoでやる詳細のページも見つける

　Arduino Leonardo as ISP : 

http://www.instructables.com/id/Arduino-Leonardo-as-Isp/?lang=ja

　　英語だけど絵がいっぱいで一番くわしくわかりやすい

できた！

というわけで僕もG2SS Diaryさん同様、やり方の手順を公開します。

0. 準備　用意するもの

・Arduino Leonardo　USBケーブル
・AVRマイコン(上記３つで動作を確認)
・ブレッドボードとジャンパ線
・確認用LEDと抵抗

・パソコン（OSはMacOSX、Windows7で確認）
・Arduino IDE1.0.6 (1.5.8 BETAではうまくいかない)

1. Leonardoを書き込み装置にしよう

[ファイル]->[スケッチの例]->[Arduino ISP] を開く。
　　内容を書き換える。(SS->10 , 9->13)
　　[Arduino ISP Leonardo]とか別名で保存しておくといい。

　　
　　hardware.zipをダウンロード&解凍&[Arduino]ディレクトリの中に置いておく。
　　　(http://make.kosakalab.com/arduino/use/source/hardware.zip)
　　Arduino IDEを再起動して[ツール]->[マイコンボード]でなにやらたくさん出てきたらオッケー。

　　[hardware]ディレクトリの中に[leofix]というディレクトリをつくります。
　　[leofix]ディレクトリの中に[programmers.txt]というテキストファイルをつくります。
　　テキストファイルには以下の４行を書いておく。

arduinoispleo.name=Arduino as ISP (Leonardo)
arduinoispleo.communication=serial
arduinoispleo.protocol=arduino
arduinoispleo.speed=19200

再起動すると[ツール]->[書き込み装置]に[Arduino as ISP (Leonardo)]がある。

2. マイコンと配線しよう

　　Arduino Leonardo側　＜ーーー＞　マイコン

　　　　　　　　SCK　　　   <-->　　　 SCK

　　　　　　　　MISO　　　 <--> 　　　MISO

　　　　　　　　MOSI　　　 <--> 　　　MOSI

　　　　　　　　10　　　　　<-->　　　RESET

　　　　　　　　5V　　　　　<-->　　　VCC

　　　　　　　　GND　　　　<-->　　　GND

　　　　　　　　0(RX1)　　　<-->　　　RX (必要ないかも)

　　　　　　　　1(TX1)　　　<-->　　　TX (必要ないかも)
（参考画像）

3. Arduino IDEをつかって書き込もう

　まず、前述のArduinoISPLeonardoをLeonardoに書き込む

　設定は　マイコンボード：Arduino Leonardo

　　　　　ポート：Leonardoを認識してるポート

　　　　　書き込み装置：AVRISP mkII

　

　次に、前述のLEDチカチカスケッチをマイコンに書き込む

　設定は　マイコンボード：ATtiny2313 (internal 8MHz clock) <-- 自分の使うマイコン

　　　　　ポート：Leonardoを認識してるポート

　　　　　書き込み装置：Arduino as ISP (Leonardo)

　LEDチカチカスケッチ

　void setup( ) {
  　pinMode(2, OUTPUT);
　}
　void loop( ) {
　　digitalWrite(2, HIGH);
  　 delay(125);
  　 digitalWrite(2, LOW);
  　 delay(125);
  }

ピンで2番を指定しているので、RXD,TXD,の隣くらいのピンにLEDを刺しておくと光る


という感じで僕はできました。
Arduinoの関数とかがどの程度使えるのか分からないので、今後検証していきたいと思います。

以上、Arduino IDEとLeonardoでマイコンに書き込みしてみようのコーナーでした。

[GPSRCC]GPSロボットカーコンテスト2014が終わりました！

GPS・GNSSロボットカーコンテスト2014に出場してきました。
結果は
ダブルパイロンレース：棄権
QZスクランブル：災害通知の受信をできずリタイア
でした。

くやしい結果ですが機体としてはいいものができて満足です。
GarlicToastでいい結果を残せたら新しい機体を作る事を考えていましたが、この現状では今後もGarlicToastで調整を進めることにします。本来ならハードウェア的な問題点を作り直す必要があるのですが、今回は満足しているので基本の枠組みは変えずに続投です。

ちょっとリベンジしたい気持ちもあるので、来年も使えるレベルに手直ししてから封印するつもりです。

また来年もよろしくお願いします

以降反省です。
【ハードウェア】
・最終的には満足のいくものができてよかった。（もう少し早くできていれば・・。）
・インホイールモーターは期待通りに動いてよかった。
・分解組み立てが少々面倒なところが難点。
・電圧最大でストールすると配線が電流を許容できなさそう。
・キガタメール（木固め剤）については今後の経過を見て評価。
・ギア比をあげればもっと電流を抑えて同じ挙動ができるかもしれない。

【回路】
・今後の課題が一番多い部分
・安価なモータードライバICではパワーが足りずにMOS-FETを使ったが今後はそれでいい。（逆転はできない仕様はローバーの機構上問題はない）
・大電流を許容できる配線、基板を作成する。
　　今後は基板発注,電源の完全な分離をおこなう
・基板間の配線をちゃんとまとめる。RasberryPi<-->モータドライバ基板間は一本にまとめる。
・モータードライブ用にマイコンがあっても良いかもしれない。
・確実な無線通信をできるようにする

【ソフトウェア】
・Pythonでの記述に慣れることができた。
・マルチプロセスは強い。今までにない制御周期を実現できた。
・プログラムをモジュール化しすぎてデバッグが大変になってしまった。
　　一斉実行するためのプログラムが必要
・プログラム間通信を何か考えないといけない。
・簡単にパラメータを変更できる仕組みも必要
・欲を言えばグラフィカルに挙動を確認したい。

【しまう前にしておくべき手直し】
・電源回路の修復
・プログラムの簡略化・自動実行できるように
・QZスクランブルの通知信号の受信問題の解決
・通信をもっと楽に行う

【おまけ】

今回のタイヤのスポンジはこれ。これで１００円は去年のウレタンフォームより安い。

前日の試走会にも行ってきました。このときはバッテリーやらの問題でうまく走らず。

[GPSRCC]ピンチと打開策

ご覧のように完成しました！
室内でゴロゴロ走るのを確かめたので今日は屋外テストをしてきました。

そしたらなんと、走らない！
比較的平坦なコンクリートの上ならゆっくり走るのですが砂利道やオフロードではうんともすんとも。
完全にパワー不足です。
無負荷での回転数が結構速いので減速不足というのが正しいかもしれません。

今日家の近所の公園で走行テストして、明日は芝生のある公園でのGPS誘導のテストを想定してたので、予定がだいぶ狂いました。

いやはや大会１週間前にしてこの現状。
しかも来週は台風が来ることなので早めに行動しなくては。

こんなときに考えられる対策はこんなもんでしょうね。
・モーターを出力の大きいものに変更（購入とタイヤ丸ごとの再設計が必要）
・モーターの連装数を増やす（購入とモーターマウントの設計が必要）
・減速比をあげる（ギアの歯数を増やす/減速の段数を増やす）
・機体を軽くする
・タイヤの径を小さくする

最後の２つでも対応できるのですが、そんなに変わらないでしょうね。
減速比については構造上難しいものがあります。
確実に状況を打開するためにはタイヤの変更が必要そうです。

という訳で、モーター変更/タイヤ再設計によるパワーアップ作戦を選びます。
（現在1.6kg程あるのが更に重くなる・・）

[GPSRCC]ロボットカーの制御について

先日、今回出場する大宮工業高校のはなしを少し聞いたりインタビューの記事を読んだところ、プログラムが難しいかもなぁって思いました。ので、今回はプログラムについて書きます。

こちらは機体がだいたいできあがりました！

【はじめに】
大前提として、使うのは「目的位置」と「現在位置」と「(現在)角度」の状態。今回は現在の状態をGPSと地磁気センサで取得しますが、GPSモジュールから出力されるデータの中に方位のデータがあるのでこれでもいいです。

そして作るのは「目的地にロボットを誘導するプログラム」で、特にルールにしばられるアルゴリズムではありません。巡回するルールでは目的地を順に変更していけばいいです。

【緯度経度の扱い方】
座標空間は緯度経度に定数を掛けて得る直交座標です。y軸正が北、x軸正が東となるようにとります。適当な定数を掛けた値なので単位はmでもmmでもなんでもよく、"単位距離"というのが妥当かもしれません。
ここで注意！世界地図や日本地図を見ると分かりますが方眼が北方向に伸びてますね。距離を正しく表そうとすると緯度には経度の1.2倍くらい掛ける必要があります。（1.2ってのは東京の緯度だとだいたいこれくらいという値です。）

図で見るとこんな感じ。

【目標方位の求め方】
　dx = (目標経度 - 現在経度)×定数
　dy = (目標緯度 - 現在緯度)×定数×1.2
まず目標位置と現在位置の差をこんな感じで定義します。
そしたら角度は逆三角関数arcTanをつかって
　θ = arcTan(dy/dx)
で求められます。（高校生だとここが難しいのかな）
プログラムを書く時はatan関数を使えばいいのですが、atan関数を使える状態であればatan2関数も使えるはずです。atan2はatanと違って値域を考えなくて良いので便利です。

図にして考えるといい。

【アルゴリズム】
上のような準備が済んだら
次の式で左右のモータに与えるゲイン（電圧）を決定します。

　左モータゲイン = 直進ゲイン - 回転ゲイン×(目標方位 - 現在方位)
　右モータゲイン = 直進ゲイン + 回転ゲイン×(目標方位 - 現在方位)

この式の直進ゲインと回転ゲインのパラメータを調整してください。簡単に説明するとこんな感じ。
直進ゲイン：目標にまっすぐ向かう時の速さ
回転ゲイン：目標の角度に向ける速さ

【これができたら】
次は競技に合わせて目標地点に着いたら、目標地点を変更するようにすればいいでしょう。
上で紹介したのは角度しか制御してませんが、距離や他のパラメータを制御して自分流にしてくのがいいと思います。が、GPSロボットカーコンテストについて言えるのはあまり凝った制御は必要ないということです。それよりはハードウェアの調整に力を注いだ方がいいとおもいます。

地磁気が指す北と緯度経度座標の北は違ったり、方位は北から右回り正の値なのに対して数学の角度は東から左回り正のあたいだったり、他にも注意しなきゃいけないことがあるはずです。

[GPSRCC] タイヤとモータドライバのテスト

前々回くらいに設計を載せたタイヤのテストです。
仮組なのでプラプラしてますが接着すれば大丈夫なはず。
ロータリエンコーダは組んでみないと分からんですが分からんですが自作ギアが使えているようでひとまず安堵。



組む時はちゃんとハンダ付けして中空パイプの中を通す予定。
構想段階では、タイヤの中にモータドライバ入れるとか、複数モーターを独立に制御するとか考えてたけど今回は見送り。そこはさくふわ先生の次回作に期待ということで・・。

モータドライバICの基板はこんな感じでまとめてます。
ICはTA8428K(S)という秋月電子で２個300円のものを片側で２つ使用。
本当はTB6643KQなるICを使いたかったのだけど、電源電圧が10V以上だったので断念。
制御する機器によらず使えるようにするために基板はモジュールごとに分割します。

ガンガン作って行かないともう時間がないですね。