● 2日間かけてプログラミングの基礎知識を習得

【写真1】JAPAN ROBOTECHのロボット教材「Robo Designer RDS-X03 Platform+CDE」に同梱されている「TiColla」と「TiColla CDE」。TiColla CDEのパッケージには換装用のマイコンも含まれている	【写真2】C言語にチャレンジする生徒。早いうちからC言語に親しんでいれば、カーニハン&リッチーのようになれるかも!

● TiCollaの基本操作・設定方法とセンサ感度調整用プログラムの作成

【画面1】TiCollaの起動画面。「File」→「New」を選択すると、New Project/File Wizard画面が表示される。Project -Create Necessary Working Space」をクリックし、、画面下の「Next」ボタンを選択する	【画面2】次にプロジェクト名を入力すると、画面左側のProject Exprolerウインドウにプロジェクト名＋「HW」、「PG」、「HTML」のファイルつくられる

【画面4】TiCollaには4種類の分岐条件のタイルが用意されている。今回は上から2番目のport Analog:アナログ入力条件分岐タイルを利用。このタイルをタイルメニューから選んでワークスペースにドラッグすると【画面3】のハードウェア設定が反映されるので、センサ接続にはポートNOとしてCN3が表示される。条件のタイプや比較する数値は画面右のプロパティウインドウで設定する	【画面5】センサ感度の調査をするプログラム。センサーの性質や、外乱(蛍光灯の光や太陽光)によって、ロボットの動作が変わるので、センサーの閾値がどこでベストになるかを探る。分岐条件の値を変更して、ロボットの挙動を確かめる

【写真3】ロボットのコントロールボードとパソコンをRS-232Cケーブルで接続する。コネクターは少し差込みにくいので注意が必要	【写真4】RS-232Cシリアル通信ボード。ストレートケーブルなので、ボード上のスイッチは「STRAIGHT」側に設定しておく

【画面6】プログラム転送時のダウンロードウィザード。COMポートはPreferenceで必ず設定しておく	【写真5】コントロールボード上に搭載されているLED。プログラムの転送時に点灯したり、左右のモータが動作したときにも点灯するので、トラブルシューティングに役立つ

● ライントレース用のアルゴリズムとプログラミングの具体的な方法

【写真6】ライントレース用の原理を説明する、東京都立産業高等専門学校ものづくり工学科の黒木啓之氏	【図1】赤外線センサを1つ利用してラインをトレースする場合の動作原理。右ラインのふちを検出しながら右と左に姿勢を制御する仕組み。センサが1つの場合は、いったんラインから外れてしまうと、位置をコントロールできなくなる欠点があるが、基本原理を理解しやすい

【画面7】TiCollaでプログラミングしたライントレース用のプログラム。★図2のようなフローチャートに沿って、タイルを置いていけばよい	【図3】タイムトライアル用のライントレースコース。上下にグラデーションのかかったバーがプリントされているが、これはセンサの感度を検出する際や、センサ出力の計測用に利用できるので便利

【動画】TiCollaでタイルプログラミングをして、ライントレースのタイムトライアルを実施。暗所で実施したため見づらいがスムーズな動きを見せるロボット

● いよいよC言語での本格的なプログラミングにチャレンジ!

【写真7】ソフトウェア開発環境「TiColla CDE」を使用するための前準備。コントロールボード上のマイコンを「JRT101」から「JRT-102」へ換装しておく	【写真8】ICの引き抜きに便利な「IC EXTRACTOR」は電子工作のマストアイテムだ。ぜひ揃えておきたい工具のひとつ

【モータ速度の設定】

MOTOR_SPD(PWM_SIDE_CN11, MOTOR_STEP_MID1);	//　スピード設定

　ここで、関数の第1引数であるPWM_SIDE_CN11は、速度制御信号の出力先ポートを表す数値のマクロだ。デフォルトではCN11に速度制御用のPWM(Pulse Width Modulation)出力が割り付けられている。PWMを簡単に説明すると、モータを駆動するための電圧を高速でオン/オフして、モータに加えられる平均電圧を調整することでモータ速度を制御する方式のことだ。第2引数：MOTOR_STEP_MID1は、速さの段階をあらわすマクロになっている。速度は5段階(MAX、MID2、MID1、MIN、ZERO)に定義されている。したがってMID1は中速にあたる。

　次にモータ動作の設定を行なう。TiCollaでは、モータを動作させるmotタイルはループタイルにはさまれていた。C言語ではループ処理はWhile文などを利用する。While(条件式)｛処理(ここではモータの動作)｝で条件式を1とすると、強制的に終わらせない限り、｛｝内の処理を繰り返す。また、TiColla CDEでは、While文を使う場合にCOPCTL=0;を記述することになっている(レジスタの値をクリアして暴走を防ぐための“おまじない”のようなものと考えればよい)。モータ動作の設定は以下のとおりだ。

【モータ動作の設定】

　モータを駆動させるポートを指定する変数へ数値を代入する。ここでM1_IN1はCN7、M1_IN2はCN8、M2_IN1はCN9、M2_IN2はCN10として、｢TiCollaLib.h｣ファイルで定義されている。変数の1は信号を出力する、0は信号を出力しないを表現するので、たとえばロボットを前進させる場合(両モータ駆動)や、回転させる場合には以下のように記述する。

・前進(両モータ駆動)
M1_IN1=1;	//FWD
M1_IN2=0;	//BWD
M2_IN1=1;	//FWD
M2_IN2=0;	//BWD

・後退(両モータ駆動)
M1_IN1=0;	//FWD
M1_IN2=1;	//BWD
M2_IN1=0;	//FWD
M2_IN2=1;	//BWD

・時計周り(CW)に回転(その位置で回転)
M1_IN1=1;	//FWD
M1_IN2=0;	//BWD
M2_IN1=0;	//FWD
M2_IN2=0;	//BWD

　なお、この部分は繰り返して利用されることが多いので、自作関数にすると便利だ。たとえば以下のように定義しておいて、必要とされる部分にForward()関数を記述すればよい。

void Forward(void);	//プロトタイプ宣言
void Forward(void){	//前進
	M1_IN1=1;	//FWD
	M1_IN2=0;	//BWD
	M2_IN1=1;	//FWD
	M2_IN2=0;	//BWD
		DELAY_SEC(250);
}

【動作時間の制御】

　時間を制御する関数としてDELAY_SEC()を利用する(これもTiCollaLib.hファイルで宣言、定義されている)。これはTiCollaではWaitタイルにあたるものだ。引数はbyte型で、設定値1=10msとなっている。したがって設定時間の最大は0.01×255=2.55秒となる。もし5秒間設定したい場合には、(While文やfor文を利用して)DELAY_SEC(250)を2回繰り返すようにすればよい。

● ちょっと難しい!?　C言語でライントレース用プログラムを記述

【アナログ赤外線センサを使用する場合】

AD_GETDATA(AD_CN3,&ir);

　この関数は、あるポートをアナログインプットにするとき、呼び出されるもの。第1引数はbyte型の入力ポートを表すマクロを指定する。今回の場合、赤外線センサはCN3に割付けられているのでAD_CN3となる。第2引数はデータ受け取り用のポインタ変数となる。

【条件判定をする】

　条件判定にはif文を使う。ここではセンサからの入力値が閾値に120以上の場合は処理1へ、それ以外の場合には処理2へ進むようにように記述する。

if(ir>=120){
	処理1(モータ駆動CWまたはCCW)
}else{
	処理2(モータ駆動CCWまたはCW)
}

　すべての記述が終わったら、歯車マークのアイコンをクリックする。ソースファイルのコンパイルが始まり【画面10】、マイコンが理解できる機械語に変換される。コンパイルが終わったら、次にチップのマークのアイコンを押す。そこで実行スイッチ3を押すとRS-232C経由でコントロールボードへマシンコードが転送される。転送時のスイッチの切り替え、ロボットの動作スイッチなど一連の手順は、前述のTiCollaの場合と同じだ。

【画面10】ソースファイルのコンパイル。コンパイルが無事に終わると画面上の歯車のアイコンに「Compile Complete」のふきだしが出る。また、画面下のコンソールにも同様のメッセージが表示される	【画面11】チップのマークのアイコンをクリックすると、RS-232C経由でコントロールボードへコードが転送される

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