Microsoft Word - AHRTC_Manual.docx

Transcription

1 エアホッケーロボットシステム RTC 群説明書 電気通信大学大学院情報システム学研究科 情報メディアシステム学専攻知能システム学講座 佐藤雄也 [ 目次 ] 1. システム概要 2. エアホッケーロボットの構成 2.0 エアホッケー台の寸法 2.1 ロボットアーム 2.2 高速カメラ 2.3 測域センサ 2.4 各センサ アーム制御用計算機 3. ソフトウェア構成 4. ソースコードのディレクトリ構成およびコンパイル方法 5. エアホッケーシステム RTC の説明 5.1 AHCommonData( 共有データ管理 RTC) 5.2 HockeyArmController( ロボットアーム制御 RTC) 5.3 PuckTracker( パック位置検出 RTC) 5.4 MalletTracker( マレット位置検出 RTC) 5.5 AHAttack( 対戦アルゴリズムのサンプル RTC) 6. システムの使用方法 7. その他 RTC の説明 7.1 AHViewer( アーム手先位置 マレット位置 パック位置表示 RTC) 7.2 AHLogger( 対戦状況のログ取り RTC) 7.3 AHLogPlayer( ログの再生 RTC)

2 1. システム概要 本システムは 電気通信大学知能システム学講座に設置されているエアホッ ケーロボット上に対戦アルゴリズムを実装し 動作させるための RTC 群です 本 RTC 群は ロボットアームの制御機能 パックの位置検出機能 ロボットの 対戦相手が持つマレットの位置検出機能を提供しており これらの情報を用い て動作する対戦アルゴリズムを開発することができます 本 RTC 群を用いることで 対戦アルゴリズムを 1 つのコンポーネントとして 実装することができるため 他の対戦アルゴリズムとの比較や対戦アルゴリズ ムの開発を促進します 図 1.1 エアホッケーロボットシステムの全体図と RTC 接続例

3 2. エアホッケーロボットの構成エアホッケーロボットシステムの構成図を図 2.1 に示します 本システムは パックを打つためのロボットアーム パックを検出するための高速カメラ マレットを検出するための測域センサで構成されており これらの制御を行う計算機が全体を統括しています 以下 エアホッケー台の寸法や 図 2.1 の各構成要素について説明します 図 2.1 システム構成図 2.0 エアホッケー台の寸法 エアホッケー台の寸法は 図 の通りです 図 エアホッケー台の寸法

4 2.1 ロボットアーム ロボットアームは水平２関節で構成されています X 軸 肩 は 400W のモー ター MSM041A1, Panasonic を減速比 1:25 にて Y 軸 肘 は 100W のモータ ー MSM011A1, Panasonic を減速比 1:15 にて駆動させています なお 各モ ー タ ー の ド ラ イ バ に は そ れ ぞ れ MSD041A1XX(Panasonic) MSD011A1XX Panasonic を用いています ロボットアームの手先には 専用のマレットを ばねで押しつけるように装着しており ホッケー台の歪みに関係なくパックを 打ち返せるようになっています 図 ロボットアーム 図 モータードライバ等の配線

5 2.2 高速カメラ パ ッ ク の 位 置 を 検 出 す る た め ホ ッ ケ ー 台 上 部 に 高 速 カ メ ラ MV-D640C-66-CL-10, Photonfocus を設置しています 図 本カメラ は 120fps で動作しており パック位置の高速な検出を可能としています 図 ホッケー台上部の天井に設置した高速カメラ 2.3 測域センサ 対戦相手が持つマレットの位置を検出するために ホッケー台のセンターラ イン横に測域センサ UTM-30LX, 北陽電機 を設置しています 図 本 センサを使い マレットの位置を毎秒 40 回検出しています 図 ホッケー台横に設置した測域センサ

6 2.4 各センサ アーム制御用計算機ロボットアームや各種センサの制御 対戦アルゴリズムを動作させる環境として デスクトップ PC を 1 台配置しています 本計算機の構成は以下の通りです なお 基本ソフトやインストールされているライブラリ等 ソフトウェアの具体的な構成については第 3 章で説明します 表 デスクトップ PC の構成

7 3. ソフトウェア構成本章では エアホッケーロボットシステムを動作させている計算機のソフトウェア構成について説明します 本計算機上で動作している基本ソフトを表 3.1 に示します 表 3.1 基本ソフト また 各 RTC を動かすために必要なライブラリ ドライバを表 3.2 に示します 測域センサの制御には SCIP2 ドライバ 高速カメラの制御には GPG-5300 ドライ バ モータードライバの制御には PEX ドライバを使用しています 表 3.2 主なインストール済みライブラリ ドライバ 1 SCIP2 ドライバ (libscip2awd) は 筑波大学知能ロボット研究室 Robot Platform Project にて提供されているものを利用しております 2 GPG-5300 および PEX 各ドライバは 株式会社 Interface 社にて提供されてい るものを利用しております

8 4. ソースコードのディレクトリ構成およびコンパイル方法 本 RTC 群のディレクトリ構成は以下のような構成になっています 表 4.1 ディレクトリ構成

9 5. エアホッケーシステム RTC の説明本章では エアホッケーシステムを動作させるために必要な RTC について説明します なお すべての RTC の入出力 ( サービスポートを除く ) は 2 次元の座標系 (x,y) を表しており TimedDoubleSeq 型 要素数 :2 単位:mm となっています 5.1 AHCommonData( 共有データ管理 RTC) ホッケー台の寸法やパック マレットの直径等 各 RTC 間で共有すべきデータをサービスポートにより提供する RTC です なお サービスポートでやりとりするための IDL ファイルは common/ahcommondataservice.idl に存在します 図 AHCommonData 表 コンフィギュレーション変数 本 RTC が Activate 状態になると コンフィギュレーション変数の common_data で指定されている INI ファイルを読み込み 共有データを提供する準備を行います (INI ファイルの記述例は図 の通りです ) 本 RTC から共有データを受け取るには getdata() オペレーションを使用します 例えば 図 における HockeyParam セクション内の TableWidth( ホッケー台の幅 ) パラメータ を取得したい場合 サービスポートに対して getdata("hockeyparam.tablewidth", data) と要求します ここで 変数 data は文字列型 (C++ の場合 CORBA::String_var) です このように要求すると 引数 data に文字列型としてデータ "1408.0" が

10 格納され getdata() は戻り値として true が返されます なお データが見つ からない場合は 引数 data に空文字列 "" が格納され getdata() は戻り値と して false を返します [HockeyParam] ; measurements of air hockey objects TableWidth = TableDepth = PuckD = 85.0 ; hockey arm ArmLenX2Y = ArmLenY2M = ArmOffsetY = RMalletD = ; player PMalletD = ; Top-URG URGPosX = URGPosY = 0.0 URGRotTh = 図 共有データの記述例 ( デフォルトの AHData.ini)

11 5.2 HockeyArmController( ロボットアーム制御 RTC) ロボットアームの手先位置を移動するための RTC です 本 RTC に対し 移動先のアーム手先位置 (x,y) を入力すると その座標までロボットアームの手先を移動します なお 本 RTC が以前に入力された手先位置に向けてアームを移動している途中でも 再度手先位置を入力した場合 すぐにその新しい手先位置に向けて移動を開始します また 本 RTC は Activate 状態の間 ロボットアームの移動中 停止中に関係なく 現在のアーム手先位置 (x,y) を出力し続けます 対戦アルゴリズム RTC でフィードバックが必要な場合などに使用することができます 図 HockeyArmController 表 コンフィギュレーション変数

12 5.3 PuckTracker( パック位置検出 RTC) パックの位置を検出し その座標 (x,y) を出力する RTC です パックの位置検出にはパーティクルフィルタ を用いています デフォルトでは HSV 色空間を用いて赤色のパックを検出しますが コンフィギュレーション変数にて他の色を検出するようにしたり RGB 色空間を用いて検出するようにしたりできます 図 PuckTracker 図 コンフィギュレーション変数 本 RTC 内で用いているパーティクルフィルタについては 以下のページをご参照願いま す

13 5.4 MalletTracker( マレット位置検出 RTC) 対戦相手が持つマレットの位置を検出し その座標 (x,y) を出力する RTC です 本 RTC は 対戦相手側の領域内にある物体のうち 円形 ( マレットの形 ) になっているものをパーティクルフィルタにより検出し もっともらしいマレットの座標を出力します 図 MalletTracker 図 コンフィギュレーション変数 具体的な手順としては まず対戦相手側の領域内にあるスキャン点のうち もっとも測域センサに近いものを探します そして そのスキャン点と測域センサの 2 点を通る直線上を センサと反対方向にマレットの半径分だけ進んだ位置を中心としてパーティクルをばらまきます 次に各パーティクルから 先ほどのスキャン点を中心とした他のスキャン点を含む点群までの距離の分散を求めます 最後に 分散が小さいパーティクルほど尤度を高く与えパーティクルの重み付き平均座標を求めることで もっともらしいマレットの位置を求めることができます

14 図 マレットの検出イメージ 5.5 AHAttack( 対戦アルゴリズムのサンプル RTC) これまでに説明した RTC 群を利用することで 対戦アルゴリズムを開発することができます 本 RTC は 対戦アルゴリズムの作り方のサンプルとして用意したものです 入力として で説明したコンポーネントからの出力を受け取ります ( 内部ではパックの座標しか使用していません ) また パックを打ち返すためにアーム手先位置を出力し ロボットアーム RTC に対して指令を出します 図 AHAttack アルゴリズムは非常に単純で パックがロボット側に近づいたときに打ち返し動作をするというものです 基本的な動作としては パックがロボット側に近づいてくる際 パックの進行方向へアーム手先を動かし続け ある程度まで近づいたところで手先を前方に動かし パックを打ち返すというものです 具体的には ホッケー台を縦に 3 分割し パックがどの領域に存在するかで処理を分けています 図 において パックが1の領域にある場合は アームの手先を待機位置 ( ゴール手前 ) に配置します 2の領域にある場合は 先に述べたようにパックにあわせてアーム手先を動かし続けます そして 3 の領域に達した際に パックの移動方向とは逆方向にアーム手先を動かし パ

15 ックを打ち返します 図 AHAttack における領域の分け方

16 6. システムの使用方法 RTC 群の接続方法を図 6.1 に示します 接続後 RTC Builder における All Activate を押し すべての RTC を Activate 状態にすることで エアホッケーシステムが起動します なお HockeyArmController について 起動時にアームの初期角度を調整する処理が行われるため あらかじめアームを対戦相手側にまっすぐ伸ばした状態で RTC を起動してください 図 6.1 RTC 群のつなぎ方

17 7. その他 RTC の説明エアホッケーシステム ( 特に対戦アルゴリズム RTC) には直接関係しないものの システムの動作確認や 対戦状況のログ取りを行うための RTC が存在します 7.1 AHViewer( アーム手先位置 マレット位置 パック位置表示 RTC) 各 RTC からアーム手先位置やマレット位置 パック位置が正常に出力されているかを確認する RTC です ロボットのマレットは水色 対戦相手のマレットは青 パックは赤で示されます ( 図 画面上部がロボット側) 図 AHViewer 図 動作中のスクリーンショット

18 7.2 AHLogger( 対戦状況のログ取り RTC) 対戦状況 ( 両者のマレットの動き パックの動き ) をログとしてファイルに記録する RTC です PuckTracker MalletTracker HockeyArmController からの出力を入力とします 記録先のディレクトリはコンフィギュレーション変数にて設定できます 記録ログファイル名の形式は 以下の通りです パック座標 : LogPK_yyyyMMddHHmmss.log( 例 :LogPK_ ) マレット座標 : LogPM_yyyyMMddHHmmss.log( 例 :LogPM_ ) アーム手先座標 : LogRM_yyyyMMddHHmmss.log( 例 :LogRM_ ) 図 AHLogger 表 コンフィギュレーション変数

19 7.3 AHLogPlayer( ログの再生 RTC) AHLogger で記録したログを再生し出力する RTC です コンポーネントを Activate 状態にすると input log date (yyyymmddhhmmss) > と表示されます 再生したいログの日付 時間 ( 例えば 7.2 節で説明した ) を入力し Enter を押すと ログの再生が開始され 当時の対戦状況が各ポートから出力されます 図 AHLogPlayer 表 コンフィギュレーション変数