ライントレーサの仕様と設計モデル

本提案手法を説明するための事例として，ETロボコン[28]で用いられる「ラ イントレーサロボット」（ライントレーサ）を例に挙げる．ライントレーサを図 7.14に記載する．また，以下に基本仕様を記載する．

• 左右それぞれのモータ出力にてタイヤを制御する．

• 白地に黒色のラインの色を光センサを用いて認識し，タイヤ制御によりラ インをトレースする．

• 外乱光は考慮しない．

• ジャイロセンサを用いて倒立振子制御により２輪倒立を行う．

ライントレーサ コースからの

反射光

光センサ

光センサ値 モータ 操作

現象

図 7.14: ライントレーサ

このソフトウェアはラインをトレースするために，光センサを用いて光の反射 量を観測し，反射量によって光センサ下にある色を認識する．色の認識によりラ イントレーサは，駆動モータを制御し，ラインをトレースする走行を行う．また，

ラインをスムーズにトレースする一般的な技術であるPID制御を用いる．この要 求仕様は次の通りである．また，その設計のシステム構成図を図7.15に示す．こ のシステム構成図においてシステムには，フィードバック制御を行うコントロー ラ部があり，センサの光センサを制御するモジュール，そしてアクチュエータの モータを制御するモジュールが存在する．外部環境には，光センサ値の変化に直 接影響を及ぼすラインの色をモデル化している．

• PID制御は，ライントレーサの車体がラインに沿う旋回と前進を行うこと で実現される．

• 旋回および前進はモータ制御によって行われる．

• ラインに沿う旋回は，光センサによるラインの色に相当する光センサ値を 取得し，旋回の向きと力を計算，そしてその計算結果を基にモータ制御に

図 7.15: ライントレーサの設計のシステム構成図 よる旋回を行う．

• 光センサから値を取得する周期は1msである．

• その計算は，P成分，I成分，D成分の総和であり，ライントレーサのコン トロール部が行う．

• P = （今回の光センサ値−1Tの光センサ値）×係数（36）

• I = （今回の光センサ値−閾値（575））×係数（1）

• D =（（今回の光センサ値−1Tの光センサ値）−（1Tの光センサ値−2T の光センサ値））×係数（4）

ここで，このPID制御に関してモデル検査を行う場合を想定する．PID制御は フィードバック制御を行う技術である．そのため検査する性質は，「直線をトレー スする時，ライントレーサが旋回を行う力はいつか無くなる」や「デッドロック は常に発生しない」などが考えられるが，本事例では「今回のセンサ値と閾値の 差が1Tのセンサ値と閾値の差より小さければ，モータへのパワー値は1Tより 必ず小さい．」との検査する性質について検証する．