ETロボコン2009 関西地区大会【前編】走行競技レポート

新走行体「LEGO Mindstorms NXT」で新たなチャレンジ

　2009年9月20日～21日に、京都コンピュータ学院京都駅前校においてETロボコン2009 関西地区大会が開催された。ETロボコンの正式名称は、Embedded Technology(組込み技術)ソフトウェアデザインロボットコンテストという。日本の産業競争力に欠くことのできない組込みソフトウェア分野における、若手人材の技術教育をテーマとしたコンテストだ。関西地区大会には、高校生から社会人まで47チームが出場した。主催は社団法人組込システム技術協会。

　ETロボコンは、2002年にUMLロボットコンテストとしてスタートし、2005年よりETロボコンに名称を変えて、今年で通算8回目を迎えた。年々出場チーム数を増やしており、今年は全国で354チーム1,700名が参加している。全国7地区で地区大会を行ない、上位チームが11月に実施されるチャンピオンシップ大会への出場権を得る。

　ETロボコンの特徴は、共通の走行体(レゴマインドストームで指定された通りに組み上げたロボット)を使うことで、ソフトウエアの優劣を競う点にある。参加者は、事前にUML等で分析設計したモデル図を委員会に提出することが義務付けられ、モデル審査と走行競技結果の総合結果で評価される。

　走行競技は、1周約20mのアウトコースとインコースを規定周回数を走行したタイムの合計で競う。競技に使用する走行体は、昨年まではRCXという四輪型だった。今年からNXTという二輪倒立振子型が新たに追加された。今年はNXTへの移行期間ということで、両方の競技が行なわれたが、来年からはNXTのみとなる。

　関西地区大会では、NXT部門に41チームが出場し、完走率はインコースが61％、アウトコースは41.5％だった。走行部門で優勝した誠レーシングチーム(旭情報サービス(株))の記録は、インコースを45.6秒、アウトコースを61.5秒。コース内の難所をクリアしてボーナスタイムを獲得し、2位に大きな差をつけた。

　走行競技は、各チームがどのように難所を攻略しているかが見どころのひとつとなっている。本稿では、難所に着目しNXTの走行競技を中心に据えてレポートする。

ETソフトウェアデザインロボットコンテスト 関西地区大会	UMLを熱心に読む参加者達	京都コンピュータ学院 京都駅前校

●走行競技の概要

　従来の走行体である四輪型RCXは、光センサーとタッチセンサしか搭載されていなかった。CPUもH8で、メモリも32KBと限られている。それに対して、新走行体のNXTは光センサー、タッチセンサーの他にジャイロセンサーと超音波センサーが加わった。エンコーダ内蔵DCモータで左右の車輪を独立制御できるため、自己位置推定も可能。CPUはARM7(32bit、48MHz)、メモリが64KBと、従来よりもパワフルになり複雑な制御が組み込める。二輪倒立振子制御という新たな課題に対し、各チームがどのようなチャレンジを見せるかが、今大会の見どころとなった。

　コースは、白地に黒のラインが描かれた1周約20mのアウトコースとインコースだ。RXTはそれぞれ2周、NXTは1周走行し、タイムの合計で競う。コース上には、「難所」と呼ばれるチャレンジコースが設けられており、成功すればボーナスタイムを得ることができる。

　走行タイムはスタートからゴールするまでの計測時間だ。リタイアした場合は、制限時間の2分が走行タイムとなる。最終的な競技タイムは、走行タイムからボーナスタイムを減算して求める。

今年で最後になる「LEGO Mindstorms RCX」。四輪型。タッチセンサー、光センサーを各1つずつ使って課題をクリアする	今年度から登場「LEGO Mindstorms NXT」	二輪倒立振子型。ジャイロセンサーで傾きを検知し、倒立振子で走行する
「ETロボコン2009」コース	「ETロボコン2009」コース全体図	新難所「トレジャーハント」。カーブを曲がらずに直線で走り、行き止まりで停止すればボーナスタイムを取得
ツインループは、円周に入る部分のマーカーがなくなったため、難易度がアップした	ショートカット。NXTはエンコーダで位置測定ができるため、比較的トライしやすい課題だ	中間ゲート。ここを通過するとボーナスタイムを取得できる
ゴール前の坂道。登りと下りでスピードと姿勢の制御が必要になる	ゴールから50cm以内のエリアで3秒停止すると、ボーナスタイム	ボーナスタイム一覧(ETロボコン パフレットより抜粋)

　競技で上位を狙うためには、走行スピードを上げる必要があるが、コースアウト・転倒などのリスクが高まる。つまり安定走行と性能のトレードオフが生じるわけだ。そこで難所をいかにクリアしてボーナスタイムを稼ぐかが、上位入賞のためのポイントとなる。

走行前のキャリブレーションでセンサー値をチェック	【動画】IN：TEN真爛漫(富士通テン(株)IT・ITS本部)と、OUT：ワンダーSHEEP(個人)。両チームともノーマルに完走した	【動画】IN:フンフン(NECソフトウェア北陸)がツインループ、OUT:ひまわりのみみたぶ2号機((株)ウァウ)がショートカットをクリア

●新難所「トレジャーハント」

　今年は、アウトコースに新たな難所「トレジャーハント」が追加された。コース図の最後のS字カーブから直線が分岐し、行き止まりになっている。コースが公開された段階では、ラインが途切れた先のようすは未定だったが、会場では、行き止まりに二条城が設置され、コースの左隣には舞妓さんが立っていた。つまりトレジャーハントは、駅前まで走行した後、今来たコースを戻るか、舞妓さんを避けて、本線コースに復帰しなくてはならない。

　トレジャーハントには、11チームが挑戦した。全チームが、二条城前で停止しボーナスタイムを獲得したが、そこから本線コースへ戻るのに苦労していた。コースに復帰できたのは、6チームだけだった。

　NeonBlue(フルタニ産業(株))は、走行体をジャイロ補正で前方に傾けて高速安定走行を目指した。難所クリアには、現在位置検知を活用しているという。グレイのマーカーを検知したらスピードを落とし、ラインエッジを制御目標値として前進。エッジを検知すると左旋回して、コースに復帰する戦略だった。

　CINCS++(kcg.edu)は、コース情報を予め走行体が記憶している。光センサーやモータエンコーダから得られる情報とコース情報を連携し、なんらかの理由でコースから外れた場合は、事前にプログラムされた補正データによってコース復帰を試みているそうだ。駅前からバックして、本線コースへ戻っていった。

　ウサミンズ((株)デジタル)はグラフィックソフトでコース図を読み込み、走行ログの解析やシナリオデータの作成、位置方位の補正をしている。走行体内に地図データを保持し、コーナー毎に最適な走行パラメータを指定しているそうだ。グラフィックソフトを活用したおかげで、走行軌跡を地図上に表示できデバッグ効率が向上したという。この技術を活用して、駅と舞妓さんの間をすり抜けて最短距離で本線コースへ復帰を試みた。

【動画】NeonBlue(フルタニ産業(株)　システム開発部)のチャレンジ	NeonBlueの難所攻略。スピードを落としてPID制御を行い、その場旋回のように回転する	【動画】CrossSection((株)北斗システム)。コースに戻る時、頂点を見つけることができずに、迷走
【動画】CINCS++(kcg.edu)。二条駅前からバックでコースへ戻った	CINCS++(kcg.edu)の走行戦略アルゴリズム。	【動画】ぱーぷるぴーぷる(同志社大学 理工学部)。頂点でキレイに旋回にラインをトレースして本線コースへ復帰
【動画】ウサミンズ((株)デジタル)。駅と舞妓さんの間をすり抜ける難易度の高いコースにチャレンジ	ウサミンズ((株)デジタル)の位置方位補正を含む地図照合	【動画】ひまわりのみみたぶ2号機((株)ウァウ)。速度を抑えて確実に難所をクリア

●NXTになって攻略しやすくなった「点線ショートカット」

　点線ショートカットには、17チームがチャレンジし、全チームがゲートを通過してボーナスタイムを獲得した。しかし、コースに復帰できたのは9チームに留まった。

　NXTのモーターには、高度なエンコーダが搭載されている。電子くん(神戸電子専門学校)が区間管理のために検証したところ100回の走行で1周辺りのズレは±5cmだったという。左右単独で計測できるため、移動距離だけでなく自分の方位をかなり正確に把握できる。これにより、点線ショートカットの攻略方法に変化が生じた。

　例えば、Dextrin(金沢工業大学　夢考房)は、自己位置と車体の向きを算出し、点線ラインを無視して強行突破を試みた。このように、NXTのもつ機体特性を活かした攻略方法を採るチームが多かった。点線をトレースするのは難易度が高く、走行スピードも落ちるため実践的な戦略だろう。

　もちろん、技術的なチャレンジを試みたチームもある。Vienna Line Tracer Club(個人)は、形式手法モデリングツールVDMを活用し、実機を動作する前にシミュレートを繰り返して検証を行なったそうだ。点線走行は、隙間の白部分と黒部分で旋回半径を調整して、点線に沿った美しい走行を試みた。実際の走行では、ゲートまでは見事にトレースしたが、そこで大きくずれてUターンしてしまった。そのまま本コースに戻り、奇跡の復活で走行を続けた。

【動画】Dextrin(金沢工業大学　夢考房)。自己位置と車体の向きを計算し、点線に頼らず走行	Dextrinの難所攻略	【動画】tadaima1号(情報技術開発(株))。グレイのマーカを検知した後、直進してクリア
【動画】Vienna Line Tracer Club(個人)。点線を検知し、途中までキレイにトレースしている	Vienna Line Tracer Clubは、形式使用記述言語VDMでシミュレーションを行ったそうだ	【動画】ぱーぷるぴーぷる(同志社大学 理工学部)のチャレンジ

　ETロボコンは、ライントレース競技ではない。スタート地点から出発し、中間ゲートを通過してゴールすれば1周したと見なされる。そのため、コース外を走行する“ドルフィンジャンプ”と呼ばれる技が以前からあった。自己位置測定が可能なNXTになり、従来ではスタート直後にしか見られなかったドルフィンジャンプが、いたるところで行なわれるようになった。

　チームももくん((株)両備システムズ)は、インコースを走行中にコース中央の大きなヘアピンカーブをショートカットするドルフィンジャンプを試みた。コースに戻って成功したと思った瞬間、走行体の向きがずれて点線ショートカットを逆走してしまった。旋回したのちにゲートを通過したため、点線ショートカットのボーナスタイムを獲得するという珍プレイになった。

　ウサミンズ((株)デジタル)と、セミコロンのむこうがわ((株)SRA HDグループ)のように、2チームがドルフィンジャンプをするという珍しいレースもあった。

　インコースのウサミンズは、事前に用意していたドルフィンジャンプ地点に障害物がおかれていたため、試走の時に前述のグラフィックソフトで新たなベジエ曲線を設定し、スプライン走行を行なった。審査員から、「UMLにスプライン走行が実行可能と記述されていたが、実走行にどのように活かされているのか見ることができてよかった」とコメントがあった。

　アウトコースを走行したセミコロンのむこうがわ((株)SRA HDグループ)は、点線ショートカットのボーナスタイムを最初からあきらめ、マーカーを検出したら、ゲートの外側を迂回するドルフィンジャンプを選択した。アウトコースでのドルフィンジャンプは、従来の走行体RXCでは前例がない。

　高速安定走行が難しいNXTでは、距離を短縮するドルフィンジャンプは有効だ。今後も、フリーダムな走行が増えると予測される。

【動画】西院技術部(個人)。従来通りスタート直後にドルフィンジャンプ	【動画】チームももくん((株)両備システムズ)。ドルフィンジャンプから迷走して、大胆な新ショートカットクリア	【動画】IN：ウサミンズ((株)デジタル)、OUT：セミコロンのむこうがわ((株)SRA HDグループ)。それぞれがドルフィンジャンプを成功させた
ウサミンズ((株)デジタル)のスプライン走行	セミコロンのむこうがわ((株)SRA HDグループ)の難所攻略

●難易度がアップした「ツインループ」

　ツインループの形状は昨年と同様だが、輪の部分のグレイマーカーがなくなり難易度があがった。そのため、チャレンジも7チームと少なかった。

　電子くん(神戸電子専門学校)は、ステップ数を減らして高速にクリアした。ループが交差する地点を検知したら、直進して線をまたぎエッジをチェンジしている。一定距離を走行したら、エッジチェンジで次のループに備えている。

　西院技術部(個人)は、13のステップでツインループを攻略している。UMLの制御の流れを読むと走行体がきっちりとその通りに動いているのがわかる。

　猪名寺駅前徒歩1分(三菱電機マイコン機器ソフトウエア(株))は、最初から2つ目のループだけを目指して走行。マーカーに頼らず、黒か白の連続領域を発見後、タイマで距離を把握しエッジチェンジを行なっている。

【動画】電子くん(神戸電子専門学校)。ループに入ると、高速走行になっていることに注目	電子くんのツインループ攻略法	【動画】香川大学SLP(香川大学)は、ループはスルーしてタイムを縮めた
【動画】西院技術部(個人)。各ポイントでエッジチェンジしているのがわかる	西院技術部(個人)のツインループ攻略。ぜひ動画と合わせて読んでほしい	【動画】Freeee4(ラソーンeビジネス専門学校)。ゆっくりと確実にトレースしている
【動画】猪名寺駅前徒歩1分(三菱電機マイコン機器ソフトウエア(株))	猪名寺駅前徒歩1分の攻略方法	【動画】MIP with なにわ(キヤノンITソリューションズ(株))。最初から2つ目のループだけを目指していたが、トレースに失敗

●NXT部門の成績

　41チームが走行し、最速タイムは、インコースが誠レーシングチーム(旭情報サービス(株))の45.6秒、アウトコースは誠ギガブレイク(個人)の45.5秒だった。

　走行上位のチームは、誠レーシングチームがショートカットとトレジャーハント、猪名寺駅前徒歩1分がトレジャーハントに挑んだ以外は、難所には敢えてチャレンジせず安定走行で完走した。

【走行タイム】
・インコース

・アウトコース

　この走行タイムから、これまで紹介してきた難所のボーナスタイムを減算すると順位が入れ替わる。そして、最終順位はインコースとアウトコースのタイムを合算して出す。すると、これまで上位にいなかったチームが上がってくる。無難な安定走行だけでは勝てないし、イン/アウトのどちらかを失敗しても勝てない。速く確実に、難易度の高いチャレンジが要求されるのが、ETロボコンの醍醐味と言えるだろう。

【補正タイム】
・インコース

・アウトコース

【走行競技の最終順位】

　優勝した誠レーシングチームは、会社としては3年目の出場だが、今大会はメンバー全員が初挑戦だったという。“難所を全クリアして優勝を目指す”という意気込みでチャレンジしたそうだ。インコースの難所であるツインループも、コースを逆走するオリジナル走法を実装していたという。しかし、会場の試走時間が限られており、他チームの試走を妨害してしまうため、断念。ボーナスポイントを捨て、敢えてノーマルな走行で確実にゴールすることを選択した。技術に固執せず、的確な判断で戦略を変更したことで、最善の結果を出した。

誠レーシングチーム(旭情報サービス(株))のチームコンセプト。初挑戦のメンバーで完走と優勝を目指し、見事に達成	ショートカットの攻略法。各難所ごとにマーカーが検知でない等のトラブル対応も記述されている	インコースは、コースを逆走する“サンダードリフト走行”が搭載されていた。しかし、試走が行なえずに封印された。
【動画】誠レーシングチームのアウトコース走行。 ショートカット、トレジャーハントに成功。ゴール後停止まで完璧にクリアし、ボーナスタイムを減算して-28.5秒	【動画】インコースは、ドルフィンジャンプでタイムを縮め、ゴール後停止を決めた	【動画】猪名寺駅前徒歩1分(三菱電機マイコン機器ソフトウエア(株))。安定した高速走行。坂道での追い上げがすごい

●今年で最後の「RCX部門」

　RCX部門には6チームが出場した。完走率は、両コースともに50％だった。難所には、True→Go!!(神戸電子専門学校)がツインループ、RITS_TT(リコーITソリューションズ(株))がトレジャーハントに挑戦に成功した。優勝したのは、イン/アウトを両方とも完走した唯一のチーム千鳥足((株)コア　関西カンパニー)だった。

【動画】RITS_TT(リコーITソリューションズ(株)プロダクト事業部鳥取開発部)がトレジャーハントをクリア	【動画】True→Go!!(神戸電子専門学校)の走行。ツインループをクリア
【動画】優勝した千鳥足((株)コア　関西カンパニー)のインコース走行