RCX の頃はmindsensors.com の Compass Sensor for RCX を使っていました。キャリブレーションも出来、精度も高く 100 段階まで出力できますが、今では生産中止になってしまいました。
ロボデザイナ純正ロボットの頃にはWiltronics の Roboball Compass Sensor を使っていました。電源投入後ボタンを押すと、その時点での方向を基準として8方向を出力できるため、相手ゴール方向の認識が非常に楽です。ただし、精度は悪かったです。
2010年度頃は、RDCM-802 を使用していました。RCJ サッカーでは結構定番のようで使っているチームを良く見かけます。安く入手性も良いからでしょうか ? 8 方向しか分かりませんので精度は高くありません。そのため以下のような方法で精度アップをして使うチームもあるようです。
・磁場の状況により、範囲が広く出る方向と狭く出る方向があるため、その場の状況で狭い方向をロボットの前面とするよう調整する。
・2枚を重ねて使用してロボット前面で狭い範囲がセンシングできるよう調整する。
・2 つの方向の境目を使う。
RDCM-802 は3bit のデジタル出力ですが、IO 本数を節約するために簡単な DA コンバータ回路を作成してアナログ出力にする方法もあるようです。
方位センサーの使い方によっては調整のためにはセンサー本体を回す必要がありますので、回すための機構を工夫したり、回した時に配線がはずれる等のトラブルが発生しないよう工夫する必要があります。(上の写真を見て頂くと分かるかと思います)また、周囲やロボット自体の磁気の影響を受けないよう、可能な限り高い位置に設置する必要があります。なるべくロボットのボディーは非磁性体を使う、磁気シールド性のある金属を磁気センサーの下に設置する等の考慮をしているチームもあるようです。
埼京ファイターズ2011は RDCM-802と HMC6352 を併用し現場の状況に合わせてどちらかを使用していたようです。HMC6352はキャリブレーションも出来ますし精度も高く高機能です。価格もお安くなりましたし、今後使うチームが増えそうです。ただし、I2C での通信が出きるコントローラと I2C 通信に対する知識が必要です。
- 光センサー
連続光ボールには Wiltronics の RoboBall FlyEye Sensor を使っていました。LEGO ブロックがついているのは、RCX の頃に瞬間接着剤で固定してしまって剥がせないから...(笑)。
7 つの光センサがついていて 180℃ の光の方向と強さを同時に検知できます。ただし、時分割で方向と強さが交互に出力されますので、1秒に 10 回程度しか値が更新されません。また出力されるアナログ値に個体差が激しく、どうキャリブレーションしようとも単一の閾値を複数のセンサに適用することが出来ない問題もあります。尚、新ボールのパルスモードには対応していません。長年使ってきただけに文句ばかりですみませんが、単一の光センサから複数方向の検知にステップアップするためには非常に楽なセンサでした。
ロボカップジュニアサッカー新ボールに対応したセンサーの情報についてはこちらに、HiTechnic NXT IRSeeker V2 についてはこちらに記事があります。
埼京ファイターズ2011は和歌山ノードのWS02HとPL-IRM0101を併用していました。WS02Hは残念ながら販売中止ですが、新機種を和歌山ノードが開発されることをお祈りします。PL-IRM0101 は前面ボールの検出にしか使用していませんので「筒」が必要だったようです。
- 超音波距離センサー
埼京ファイターズ2011は、パララックスのPING)))を使いました。Maxsonar EZ1 も使ってみましたが、PING))) のほうが精度が高く制御も楽のようなので、今は PING)))を使っています。こちらを見て頂くと分かりますが、ホールドオフタイムが違う2種類のものが市場に出回っているようで注意が必要です。
- 床センサー
ELEKIT のグレースケールセンサを使っていた頃もあります。かなり精度が高く数センチの違いでもセンシング出来る素晴らしいセンサでした。コート内の位置の判断にも使えますし、移動しながらセンシングしてどちらの方向に移動しているか判断することも出来ます。ただし既に生産終了しています。新ルールの緑のカーペットではあまり役に立たないと思います。
尚、センサーを扱うためのソースコードについてはこちらにて公開されているソースコードを参考にして頂ければと思います。ロボデザイナのものですが C 言語なので他のプラットフォームへの移植も容易いはずです。
2011.8.3 最新の内容とするため大幅に書き換えました。
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・Wiltronics RoboBall FlyEye Sensor
出力電圧の個体差があり、3 wire で使うと、電源電圧によっても出力値が変動するので、個体毎に微妙に閾値を変える必要があります。想定される最も高い電圧(例:9V電池新品)でチューニングするとある程度の電圧降下があってもうまくいくようです。
・Wiltronics Roboball Compass Sensor
予想通り、精度悪いです。磁場環境の変化に弱く、「ポチッ」とスイッチを押した方向が 1 (正面)になるとは限りません。微妙にセンサー本体を傾けて磁気環境の変化を吸収する必要があり、「ポチ」一発のメリットがあまりありません。正面が 1 で 背後が 5 ですが、今の最強ファイターズの使い方では、背後方向が重要なため、5 の方向を正確に合わせると、1 はあるべき方向から最大 90°くらいはズレてしまいます。センサー本体に固着したボリュームがあり、こいつの調整でなんとかなりそうですが、怖くてまだやってません。
精度的には RCX で使っていた mindsensors.com Compass Sensor for RCX のほうが良かったようです。
本当は、秋月のデジタルコンパス( http://ec.akizukidenshi.com/catalog/g/gM-00210/ )あたりのほうが、もっとソリッドなセンサーデバイスを使っていそうで良いんだろうと思います。
・パララックスPING)))
こいつはかなり安定して動作してます。やはりセンサー自体と伝送路がインテリジェント化・デジタル化していることのメリットでしょうか ? もちろん、障害物対策や同じ周波数帯域を使っている相手との干渉は考慮しないといけないでしょうが。必要もないのに常に超音波を出して相手を撹乱するという悪魔的発想もメンバーから発想されていますが、良い子の皆さんはそんなことは止めましょう。
床センサ(ELEKITグレースケールセンサ RCJ-107)の評価です。数センチロボットの位置が違っていただけで読み取り値が変わる、大変優秀なセンサです。ただし、読み取り値が不安定なことがあるので、精度を高めるためにはある程度の回数読み取りをして平均をとる等の考慮が必要です。
最強ファイターズは、今年は 3 つ使用して明るさの違いで方向を割り出そうとしましたが、センサの個差があり、半固定抵抗で個差を消しこもうと大変苦労していました。4 つ以上使うとか前回読み取った値との差分を使うとかしないと方向の判定は無理のようです。
生産が終了しているようで、流通経路での在庫もかなり少なくなっていますので、必要な方は早く買ったほうが良いと思います。(サッカーでは緑のカーペットに床が変わってからも有用なセンサとなるか分からないので考えどころですが...)
ボール検出センサについて教えていただけたら幸いです。当方TJ3のセンサを流用していますが、新ボール対応に苦慮しています。
搬送周波数と基本周波数？をスキャンして完全な判別を目指すか、DC成分をキャンセルして特定周波数だけの抽出(バンドパス)でいくか、、、当方知識不足で先が見えていません。
上記の方法は両方ともにunionは方式は理解して試しています。どちらもやれば結果がでるのですが、こんな手の込んだ(私にとっては)ことをやる必要があったのか悩んでいます。
別の方法の教え方があったら教えていただけたら幸いです。
最強ファイターズは新ボールについてはまだほとんど検討も実験も出来ていません。むしろ、どうやったのか是非教えて頂きたいです。
メンバー達とは、NXT 用の IR seeker V2 とかエレキットの MR-9152 の IR センサーあたりの対応済みのセンサーはどうかな...とか Wii のコントローラに入っている赤外線カメラとか(半分冗談ですが)どうかなーなんて話をしている程度です。メンバー達は回路設計のスキルは無いので、専用のセンサが出揃ってくるのを待って買うしかないと思います。
なので対応済みの市販センサがどうやっていそうかという程度の情報しか持ち合わせていません。
IR seeker V2 の説明によると、
>Using infrared remote control as a signal source: Most remote controls will be detected by the IRSeekerV2 in AC mode but some remotes may not be detectable, depending on the signal generated. The IRSeekerV2 is tuned to detect a 1200Hz square wave.
ということなので、搬送周波数と基本周波数？の双方を検出しているようです。MR-9152 はさらに 600Hz にも対応できていると書いてありますが、複数のフィルタ持っているのか、40Khz だけ検出しているのか定かではありません。
既に検討されたかも知れませんが、40Khz のキャリア周波数は赤外線リモコンと同じなので、リモコン用IRセンサを使うという手もあると思います。とても廉価ですが、用途的に指向性の高いセンサが有り得ないような感じがしますので、そこが難点かもしれません。手に入るセンサは 38Khzが多いようなので、38Khz でどの程度の精度で検知出来るかも気になっています。
1200hz のほうはソフトでなんとか出来る帯域なので、うちのメンバーでもなんとか出来そうだな...と思います(多分、ハマり倒すでしょうが)。もし、リモコン用IRセンサを検討もしくは実験済みなら結果を是非教えて頂きたいです。
既存のセンサを使用してということでは全然お役に立てず申し訳ありません。
まだ詳しい検証をすべて行ったわけではありませんが、PICを使った検出専用回路を検討していました。これは多分、モッパー先生（そう呼ばせていただきます)のおっしゃるリモコン受信部と同じ回路構成だと思いますが、アプローチした方向(出だし)が違うのでまったく同じかは不明です。
私の、思いつきは、以前、光学距離センサをいじったときのかすかな記憶を呼び出してやっているだけなので、相当な力技です。(そのときはPIC利用ではありません。）unionも理解はしましたが、今やろうとしているシステムは、メンテナンスやお金が持ちません。
unionに教えたのは、一般論として、入力した信号のパターンをみて周期を判定するという泥臭い方法です。個人的にはデジタルフィルタ＋FFTまで使ったシステムなんかも面白いと思っていますが、ここまでやると、明らかに方向性が違ってきているので今回は手を出していません。
やるつもりも今のところありません。
（PC使えば簡単ですけどね）
また、センサの種類に関してはまったくまだ検討できていません。エレキットのセンサ部の再販もしくは対応品発売を願っています。
余談ですが、光学フィルタのバンドパスていうても考えましたが、一般的に入手可能か？なのでやはり電気的なフィルタリングをしたいと今は考えています。
その場合は１次で何とかごまかしたいとずるい考えでいます。OPアンプはunionに正確に教える自信がないのです。
といいながら、アナログ回路でバンドパス作ろうとしたら多次のフィルタになるでしょうから超えないといけない壁となりそうです。
ここまで、ボール検出にこだわるのは皆さん同じだと思いますが、まず、ボールを見つけないことには何も始まらないからです。大阪の大会を見て、まずボール見つけないとと改めて感じたしだいです。自由参加のunionもボール検出できずめちゃくちゃでした。
たぶんチームunionは相当頭でっかちのバランスの悪い状態です。みなさんからの情報で修正していきたいと考えています。
私はアナログ回路の知識はあまりありません。多分 union さんのほうが詳しいんじゃないでしょうか ? なので、「先生」だけはやめて下さい。
大体状況が飲み込めました。理解力なくってすみません。
なるべく簡単なアナログ回路でフィルタリングしたいんですね。だとしたら大敵になるのは多分、インバータ制御をしている照明じゃないでしょうか ? インバータ制御の蛍光灯は 50khz-60khz のようなのでかなり近い周波数です。インバータ制御の水銀灯なんてあるんでしょうか ? 他の照明って ??? よく知りません。おっと、「新ボール対応」をうたっている市販センサーは、この問題対応出来てるんだろうか ?
ボール検出の件、その通りだと思います。ロボカップジュニアサッカーに特化したインテリジェントなセンサーは想定しない状況になると手の施しようがない状況になり勝ちです。最強ファイターズが使っていたフライアイセンサも京セラドームではボロボロでした。あのような状況に強いのは、やはり単純なセンサーを独力で組み合わせたロボットだろうと思います(もちろん、メンバー達が現場で柔軟に対応できる能力が大前提ですが)。
電気も含めこの競技やソフトに関してもすべてにおいて先人達に及びませんので、先生には変わりないのですが、以後はモッパーさんとお呼びします。
私ももう少し勉強して質問や結果を報告しますので、よろしくお願いいたします。
先日、暁Ｋが新型ボールの検出ができたと言っていたので、特に気にすることもなく放置してあったのですが、上の書き込みを拝見して自分が気になってしまったので、暁Ｋからオモチャを奪取して実験してみました。
１．
実験準備中、なにやらＩＲセンサーが反応するので、インバータ式蛍光灯を消してみました、しかし反応レベルは変化ありません。
２．
もちろんボールの電源は旧も新もＯＦＦ。
２３時頃なので自然光も無く、すべての照明を落として（ほぼ真っ暗）も反応しています。？？？
発光しているもので残っているのは液晶モニターのみ、念のためＯＦＦしたらＩＲセンサーの反応も消えました。
３．
新パルスボールでは、Ａ・Ｃ・Ｄモードで反応します、Ｂ（通常発光）モードでは数センチ程度まで近づけないと反応しません。
私は電子回路とかまったくの無知ですが、↑この情報って何かの参考になりますか？
暁２の超音波センサーはＬＶ−ＭａｘのＥＺ４を、ＴＪ３のポートに直結して使っていました、電子回路無しですが使えていました。ＥＺ１も買ってあげたのですがＥＺ４の方が良いそうです。
PINGも買ってあるのですが、使い方がわからず放置なのです（モッタイナイ）、お手すきのときにヒントでも頂ければ有難いです。
京セラドームで使ったＩＲセンサーはダイセンの普通のやつです、あの照明対策は現場判断の応急処置で、ベタベタと電工用ビニールテープを貼っただけとのこと、最終的に何をしたのかは目視していないので不明ですが、相手ロボットの回転式キッカーでタコ殴りにされて、その応急処置が破壊されてしまい大変だったようです。
それと、大阪へ行く直前に素人ながらに調べたところでは、水銀灯は放電式だそうで車のＨＩＤと同じ理屈で発光している？、ならばパルス発光？、曖昧な情報で申し訳ない。
やっぱりunionさんすごいですね、地元の牽引もよろしくです。
液晶TVの件、以下のページの下のほうに書いてある現象かもしれませんね。
http://www.geocities.jp/bokunimowakaru/std-lcd2.html
超音波センサの件ですが、PING)))・EZ1・EZ4 の違いは以下の通りです。
- PING)))
3 センチくらいから計測できます。デジタルイン/アウト 1 本で接続可能です。
ただし、1つのポートの入出力を動的に切り替えることが出来る必要があります。40Khz。
使用しているチームが多いので干渉がちょっと心配です。
- EZ1・EZ4
6 インチ以上を計測と書いてありますが、実質0cm〜20-30cm の間は不安定のようです。(最強ファイターズの書いたプログラムがバグっていただけかもしれません。) 42Khz。
EZ1 しか持っていないので検証は出来ていませんが、EZ1 はレンジが広くて周りのモノを拾ってしまい勝ちで、指向性が高い EZ4 のほうが良いとの噂有り。
アナログ・シリアル・デジタルアウトと複数のインターフェースから選べます。デイジーチェーン接続するとセンサ間の干渉を防ぎながら順番に測定していってくれるようなことが書かれていた記憶があります。
水銀灯(HID) も蛍光灯と同じで安定器を必要とするようですが、インバータ制御のものが増えているようです。いくつか方式があり、数十Hz〜数MHzの幅広い帯域のようなので、ヤバいですね...かなりシャープな特性の複数のフィルタがいりそうです。
現在電気系も趣味でやっている程度なので間違っていたら指摘願います。(専門家に言わせたら相当怪しいと思っています。)
暁K さんへ
定常光にはあまり反応せずパルス波のみに反応している点で、新ボールにある程度限定された検出ができているようですね。パネルの発光(発信)も捕らえている確認ができていてすばらしいと思います。モニタの件はバックライトがインバータ式なのでしょうか？（モッパーさんの情報をよく読んでいないので推測です)最近のモニタはLED照明になって、スイッチングしていないものもあるようですが・・・
いずれにせよ、ちゃんと今までとは違う働きをするシステムを構築されていることがすばらしいと思います。
検出方式はいろいろあると思いますが、できれば、測定器などでどんな状態のものを捉えているのか見せてあげていきたいですね。今の状態を捉えられればより理解できるのですが、個人レベルでは大変ですね。(道具の用意が)
沼津ノードではそのような活動ができる可能性(高専の協力等)がありそうでうらやましいです。
今まではDCカップリングでよかったのですが(ある帯域のDC成分の強弱だけ)、これからは外乱を除去する為にもACカップリングの入力部をもったほうがいいと判断します(ここのみんなさんは十分ご存知のとおり)。その後の処理をどうするかで、モッパーさんの情報にもあるようにピンポイントの検出を目指さないのであれば、検出波形をコンデンサーなどを使い整流するような考え方でならしてしまって、今までと同じような入力値を得るか、周波数を特定するところまでいって、誤検出を減らすかになるのだと思います。
暁Kさんの今の仕様は前者に近いのだと思います。エレキットの改造指示も、暁Kさんと同じような構成になっていると思います。そういう意味では暁Kのやっていることはひとつの正解パターンといえるのかもしれません。
追記
入力ゲインに注意しないとレンジオーバーということになるのかなと予想しています。定常光を至近距離で検出するのは、ACカップリングしていてもオフセット量（DC成分)が大きすぎて出力側にその影響が出てきている？のかな？と予想しています。（これも回路しだいですが)
長文失礼しました
モッパーさん、unionさん、申し訳ありません、大事なことを書き忘れていました。
誤解を与えてしまったかも…、うちは回路をコネコネしてパーツから作るスキルはありません、市販品をいじり倒す程度が限界です。
暁Ｋがいじっていたのはエレキットのセンサーで、エレキットの案内通りに余っていた１０４コンデンサーをハンダ付けしただけです。
それとPINGの件はもったいないので自分の勉強ついでに使い道を探そうと思っただけでして、そもそも新型ボールが採用されればＰＳＤを使えば安くてお手軽なので、超音波センサーそのものが不要になるのかと思います。
今回のロボカップは市販品でどこまでできるかのチャレンジでもありました、学校の部活の後輩や始めたばかりの地元の皆さんにもある程度の指標になったのかな。
（暁Ｋから見れば、昔ハマッたベイブレード対戦とかの延長線か？、だからレスキューには興味を示さないのかも。）
私自身のお勉強としてはとても興味はありますが、残念ながら当方のメンバー達にはこれは理解出来ないレベルです。でも、インバータ制御についてとかそういう一般的知識の面でメンバーと一緒に話し合うネタはたっぷり頂きました。ありがとう御座います。
PSD の件、確かにそうですね。でも、Version A/B と旧ボール/新ボールの組み合わせとか、PSD がどのパターンで許されるかとか、最終決定は例年のごとく年末なんでしょうか ? 今から準備始めても、またも超短期で右往左往するんでしょうね。まあ色々検討/実験出来てメンバー達のためにはなるかも知れませんが、当方のように個人参戦のチームにとってはこれではメンバーや指導者の体力と資金の問題が...
宜しく願い致します。
センサーのことで盛り上がっているようですので、
ウチでやったことが参考になればとネタを書かせて頂きます。
ウチの娘はレスキューですが、
ラインと被災者銀の発見に赤外線のセンサを使っています。
会場でフィールド上に赤外線が乱反射してないことの確認の為に、
カメラ用のフィルターに赤外透過フィルターというのがありますので
それを携帯電話のカメラの前にかざして、
フィールドを確認するよう指示を出しました。
こうやってフィールドを見ることで、
赤外線が多く反射している箇所等を視覚化することが出来ます。
サッカーでの調整の時にも同様にすることで、
調整時のポイントを限定することが出来るのではないでしょうか
また、サッカーボールの赤外線のピーク波長は940nmとなっていますので
赤外透過フィルターで920nm以下の波長をカットすると
多少、外光の影響を軽減出来るかもしれません
（光源毎にどのくらいの波長までの赤外線が出ているか
把握してませんので、焼け石に水かもしれませんが）
以上、参考まで
コメント有難うございます。
カメラ用赤外線透過フィルタですが、RCX の頃使っていた光センサーではセンサー自体に被せることによりボール検知能力にはっきりとした効果があり使っていました。数枚で\1000くらいでしたっけ ? 複数のカットオフ周波数のものがあるので、どれが良いかメンバーと色々実験したので、我が家のどこかに腐るほどストック品あるはずです(笑)。
メンバー達が現在使っているフライアイセンサはセンサ自体のフィルタリング能力が高いのか赤外線フィルタは効果ないようなので使っていません。
ぽよこまだんなさんの指摘の用途は、今まで考えもつきませんでしたが、確かに携帯やデジカメの CCD が赤外線を検知出来るものなら、フィールドのチェックにも有用ですね。試合中に赤外線測距のビデオ撮っている人に「ダメそれ」ということも出来るかも。
余談ですが、オヤジが赤外線透過フィルタをカメラ専門店でじっくり選ぶのは、とても恥ずかしくてオロオロしました。メンバーと同伴してもう一回来るのも無駄だしな... と思いつつ「エィ」とレジに運んだ記憶があります。(考えすぎ/感じすぎ???)
光学フィルタ関連で言うと
http://www.geocities.jp/bokunimowakaru/std-lcd2.html
このページに書かれている偏向フィルタも水平方向だけの検出性能を上げるとか、そういう用途に使えそうで面白そうだと思っていますが、やったことありません。
こんなにいっぱい貴重な情報のコメントがつくと、読むこと自体大変になり、最も読んで欲しい後続する新しい人達にとって有益な情報とならなくなりますので、私のほうで後で適当にまとめて記事起こそうと思います。コメントの情報を集約/改変されるといやな方や、知財権や著作権について主張されたい方は事前に言って下さい。意図として、コメントに制限かけたいわけではなく、むしろ活発な意見を大歓迎します。
僕のブログ
blogs.yahoo.co.jp/unirobo2010/1919017.html
にデジタルカメラで撮影した赤外線ボール発光部の写真があります。カメラで見ると良く見えます。リモコンも光ってました。
へたくそですが、見てください。
union父です
モッパーさんへ
私が書き込みしたものに関して編集削除はかまいません。ただし、内容の責任はもてませんのでよろしくお願いします。（union1号のように実験したものは大丈夫でしょう)
さすがモッパーさん、フィルターの件はご存じだったようで、
あまり有益な情報ではなかったですね。
自分もお店でフィルターを買うときは、ちょっとドキドキしましたよ
フライアイセンサーのフォトトランジスタは東芝のＴＰＳシリーズのように見えるのですが、エレキットのＩＲセンサーはシャープの高速タイプのように見えます。
フォトトランジスタの“高速”と表記している部分は、パルスの検出にも影響するのでしょうか？
たとえば高速タイプではないフォトトランジスタでは、新式ボールのパルス検出ができないケースも考えられますか？
>オヤジが赤外線透過フィルタをカメラ専門店でじっくり選ぶのは、とても恥ずかしくてオロオロしました。
余談ですが
全国のオヤジの皆さん、特に地方では違う意味で入手しにくかったりしますが、Amazonでも買えますよ。
“富士フイルム IR”で引っかかります。
すごいですね。写真見ただけでセンサ判別できるんですね。
データシート見てみましたが、東芝 TPS611 のケースで立ち上がり 6us , 立下り 6 us とのことです。発光側の立ち上がり速度も関係することも考慮すると、確かに TPS611 では 40KHz は感度低そうです。高速品が必要ですね。するどいご指摘有難うございます。
赤外線透過フィルタですが、うちにあるのも富士フィルムの銀塩フィルム用のやつです。この他にデジカメ専用・携帯専用と称して販売されている、あやし〜感じの業者さん(ごめんなさい、こちらがあやし〜目付きで見ているだけですね)もいらっしゃるようですが、何が違うんでしょうね ?
いまさらここにコメントするのはどうかと思いましたが、参考にさせていただいたので報告を
超音波センサを急遽取り付けたいとUNIONたちがいうので、このブログ参考にしてEZ4を調達中です。
うまく使えるのか？？？ですが、何事もチャレンジです。お小遣いの続く限りチャレンジです。
(財政担当からこれが最後との通告が出ました。）
結果でたら、報告します。
お知らせ頂き有難うございます。union の足跡のほうで良いので、是非結果を公開頂ければ有り難いです。是非参考にさせて頂きます。