ObjectSquare [2010 年 12 月号]

[技術講座]


ET ロボコン 2010 チャンピオンシップ大会を目指して

〜チャンピオンシップ大会 速報レポート〜

株式会社 オージス総研
組み込みソリューション部
手嶋高明

会場入り口
試走中
コース上オブジェ

2010 年 12 月 1 日 ( 水 ) と 2 日 ( 木 ) の 2 日間、パシフィコ横浜において 「 ET ロボコン 2010 チャンピオンシップ大会 」 が行われました。

当記事では、筆者自身が参加した際の経験を踏まえながら、大会の様子を経験者ならではの視点でレポートします。

ET ロボコンをご存じない方は、はじめにET ロボコン概要をご覧ください。

目次

1. 競技

1.1. リザルトタイム マイナス秒の戦い

1.2. 超難所 「 シーソー上停止 」 に 2 チームが成功

2. ワークショップ

2.1. モデル面 ( モデルの書き方 + 設計品質 )

2.2. 性能面

2.3. 追加課題

3. 表彰

4. 来年へ向けて

4.1. パターン化でモデルシートをシンプルに

4.2. 基本を外さない

5. 東京連合を振り返って

1. 競技

全国 10 地区 350 チームの中から選抜された計 40 チームによって競われました。立体難所であるシーソーや階段、動的に走行ルートを変えるミステリーサークルなど、昨年から一段と難易度を増したコースに対し、各チームとも果敢なチャレンジを見せていました。

ピット
車検
競技スタート

1.1. リザルトタイム マイナス秒の戦い

今年は例年以上にハイレベルな戦いが繰り広げられました。ET ロボコン競技は 「 リザルトタイム 」 ( 「 走行タイム 」 から難所クリア時の 「 ボーナスタイム 」 を減算したタイム ) により勝敗が決まります。今年の上位 11 チームはいずれもリザルトタイムでマイナス秒を出しており、その内 2 チームはマイナス 100 秒を超えていました。上位に入るには、走行タイム以上のボーナスタイム獲得が必須であり、いかに多くの難所をクリアしたかにより競技順位が大きく左右されました。

ボーナス対象 ボーナスタイム 備考
中間ゲート通過 10 秒
シーソー通過 30 秒 アウトコース競技者のみ
シーソー上停止 80 秒 アウトコース競技者のみ
階段通過 40 秒 アウトコース競技者のみ
ミステリーサークル通過 60 秒 インコース競技者のみ
ガレージ・イン 20 秒
[ 表 1 ] ボーナスタイム

一例として、東京連合にも参加した 「 田町レーシング 」 「 芝浦雑伎団 」 の走行を紹介します。リザルトタイムでマイナス秒を出したチームは、インコース / アウトコースを概ねこのレベルで走っていました。チャンピオンシップ大会の競技レベルの高さが感じられると思います。


[ 動画 1 ] インコース走行 ( 田町レーシング )


[ 動画 2 ] アウトコース走行 ( 芝浦雑伎団 )

1.2. 超難所 「 シーソー上停止 」 に 2 チームが成功

今年の注目はなんと言っても、ET ロボコン史上最高難易度を誇る難所 「 シーソー上停止 」 を攻略するチームが現れるか否かに集まりました。この難所は、走行体がシーソー上にあり、かつシーソーの両端が浮いた状態で 1 秒以上経過した場合にクリアとなります。得られるボーナスタイムはなんと 80 秒 ( 表 1 参照 ) です。速いチームがコース 1 周を 40 秒台前半で走ることを考えると、このボーナスタイムはコース約 2 周分の走行タイムに匹敵します。それだけに難易度は高いですが、「 SAGA 組込ソフト研究会 」 「 こっぺぱん♪ 」 の 2 チームが見事成功し、会場から大きな歓声を受けていました。実行委員も 「 成功するチームは 1 つあるかどうかだと思っていた 」 と語り、2 チームの成功は驚きだったようです。

成功した 「 こっぺぱん♪ 」 のシーソー上停止を紹介します。「 左右の車輪を交互に前後させることで、走行体の重心の揺れを抑えている点がキモ。」 とのことでした。


[ 動画 3 ] シーソー上停止成功 ( こっぺぱん♪ )

2. ワークショップ

チャンピオンシップ大会においても、地区大会同様、モデルの振り返りや参加者同士の意見交流の場としてワークショップが開かれました。以下では気になった話題を、モデル審査基準 のカテゴリである 「 モデル面 ( モデルの書き方 + 設計品質 ) 」 「 性能面 」 「 追加課題 」 毎に振り返ります。

会場入り口
審査委員
モデル相談所

*1発表者 : 渡辺博之氏 ( 審査委員長 )、太田寛氏 ( 審査委員 )、河野文昭氏 ( 性能審査団 )、丸雅光氏 ( 性能審査団 )、鷲崎弘宜氏 ( 審査アドバイザー )、林啓弘氏 ( 南関東審査委員長 )

2.1. モデル面 ( モデルの書き方 + 設計品質 )

2.1.1. 「 要求から機能へ 」 の流れが定着

今年は、要求からブレークダウンし機能要求 / 非機能要求を定義する流れがかなり定着したようです。具体的には、ゴールモデル*2、マインドマップ*3、SysML 要求図*4などを用いて要求をさらに細かい要求へとブレークダウンし、最終的に機能要求 / 非機能要求へと結びつけたモデルが多く見られました。これにより、それぞれの機能要求 / 非機能要求が出てきた理由や根拠をトレースしやすくなります。逆にこれまで多く見られた、ユースケースを用いた機能分析からスタートしたモデルは、チャンピオンシップ大会ではあまり見られなかったそうです。渡辺氏*1もこれを 「 良い流れ 」 と評価しており、この流れは今後も続くことでしょう。

図 1 : 要求から機能へ
図 1 : 要求から機能へ

*2トップゴールからサブゴール、さらに詳細な実現手段へとブレークダウンしていく図解技法。

*3アイデアを発想する際などに用いられ、中心となるテーマから放射状にキーワードを書いていく図解技法。

*4要求の階層関係や依存関係を表現する図解技法。

2.1.2. 完成度はかなり高い ! その分、記載は過密に

また今年は、どのチームのモデルも完成度がかなり高かったようです。「 どこも良く書けており、今年のモデルに文句はほとんどない 」 ( 太田氏*1 ) と感心していました。しかし全体の完成度が向上した反面、密度が濃く記載が過密気味であることも指摘されました。事実その影響もあり、今年のモデル審査は例年より多くの時間を要したそうです。「 来年からは規約面で何らかの対策をとるかもしれない 」 ( 渡辺氏*1 ) と、記載量について基準を設ける可能性を示唆していました。

そんな中 「 学生チームのモデルは見やすく分かりやすく書かれており、色のセンスも良くデザイン的に優れたものが多かった 」 ( 渡辺氏*1 ) と振り返りました。対照的に、企業チームのモデルはクドいものが多かったそうです。企業チームは学生チームの分かりやすさやデザインセンスを見習うべきかもしれません。

2.1.3. アーキテクチャ*5はここ数年停滞 ! ?

また、渡辺氏*1からは 「 モデルの可読性は年々確実に向上しているものの、基本的なアーキテクチャ*5がここ数年停滞している 」 と指摘がありました。ここ数年の基本的なアーキテクチャとは、構造面では難所毎に走行クラスを分け、振る舞い面では分けた走行クラス毎に走り方を定義するというものです。このアーキテクチャの特徴は、構造モデルで、基本走行 ( さまざまな走行のベースとなるアトミックな走行 ) や走行パラメータ ( 走行で使用する制御パラメータ ) の整理が不十分で、難所の走り方をすべて振る舞いモデルで解決しようとする点です。そのため、振る舞いの中に基本走行や走行パラメータが分散して埋め込まれ煩雑になります。渡辺氏*1はこれを 「 構造が貧弱なために、振る舞いが複雑になっている 」 と表現しました。

図 2 : ここ数年の基本的なアーキテクチャ例
図 2 : ここ数年の基本的なアーキテクチャ例

このようなアーキテクチャが増えた要因として、「 今の競技規約が関係しているのではないか 」 ( 渡辺氏*1 ) と予想していました。つまり 「 今の競技規約はコース環境が変わらないことが前提のため、競技が、事前に作り込んだ走りを本番でいかに忠実に再現するかを競う ( 「 シナリオ実行型 」 と表現 ) 傾向にあり、その状況下では、難所毎に走行クラスを分け、それぞれの走行クラスをチューニングしていく今のやり方が最適であろう 」 との見解でした。実際に多くのチームは、事前に走り方 ( シナリオ ) を決定し、本番と同じコースでチューニングを行い、本番ではそれを忠実に再現することに注力していたのではないでしょうか。

来年以降は停滞したアーキテクチャを進化させるため、事前に決めたシナリオをこなすやり方では対応できない ( 例えば、外部とのインタラクションがあったり、突然お題が与えられるなど ) もっとダイナミックな ( 環境や状態に応じて変化する ) 競技規約にしたいと述べるとともに、「 良いアーキテクチャでないと勝てないような競技規約が理想 」 ( 渡辺氏*1 ) と語りました。

筆者が予想するに、来年以降は、ミステリーサークルのような動的な変更を求められる難所がさらに増えることで、「 コース自体の分析 」 がより重要となってくるのではないでしょうか。

*5基本設計や設計思想、およびそれに基づき構築された構造。

2.2. 性能面

性能面では 「 NXT 走行体の特徴を生かした走りがより深掘りされた 」 ( 渡辺氏*1 ) とコメントしていました。ここでは上った話題の中から 「 速度を上げる 」 という切り口で行った 2 つの工夫について取り上げます。

まずはその前提知識として、NXT 走行体が走る上で必要とする 「 安全マージン 」 について触れておきます。NXT 走行体は左右 2 つの車輪でバランスを取りながら走行する都合上、進むためのモータ回転力とは別に、バランスを崩した際に立て直すためのモータ回転力を温存する必要があります。この温存するモータ回転力を以下では 「 安全マージン 」 と呼びます。そして、モータの最大回転力から安全マージンを差し引いた回転力により、NXT 走行体の出せる 「 限界速度 」 が決まります。別の見方をすれば、安全マージンを削ることで、削った分は進むためのモータ回転力に上乗せできるため、限界速度が上げられることを意味します。

図 3 : NXT 走行体が必要とする 「 安全マージン 」
図 3 : NXT 走行体が必要とする 「 安全マージン 」
2.2.1. 速度をフィードバックさせ、常に限界速度で走る

NXT 走行体で使用するモータは、電池残量や個体差によりモータ回転力に差が出ます。例えば、同じ入力値 ( PWM値 ) であっても、電池残量が減るとモータ回転力も落ちてしまいます。その対策として、常に同じ速度で走らせる工夫を行ったチームが見られました。具体的には、モータのエンコーダ値 ( 回転角度 ) から算出した速度 ( 以下 「 実速度 」 ) をフィードバックさせ、さらにフィードバックした実速度と目標とする速度 ( 以下 「 目標速度 」 ) との差に対し PID 制御を適用し、素早くなめらかに目標速度に合うよう入力値を変化させていました。これにより電池残量や個体差によらず目標速度が保てるため、常に限界速度で走ることができます。

図 4 : 常に限界速度で走る
図 4 : 常に限界速度で走る
2.2.2. なめらかな仮想ラインを辿り、さらに限界速度を上げる

仮想ラインとは、コース上のラインとは別に、走りやすさを考慮し設定した独自のラインを指します。今年のコースでは、ミステリーサークルにおいて多くのチームが仮想ラインを設定していました。

図 5 : ミステリーサークルの仮想ライン
図 5 : ミステリーサークルの仮想ライン

さらに仮想ラインがカーブする箇所で、一定の速度を保ちながら曲がることのできるベジェ曲線やクロソイド曲線を取り入れたチームが見られました。一定速度を保ちながらカーブを曲がることで揺れが抑えられ、安全マージンを削ってもバランスを失わないため、限界速度を上げることができます。

図 6 : 限界速度を上げる
図 6 : 限界速度を上げる

安全マージンを削り限界速度を上げる試みは、F1 をはじめとする多くのモータスポーツで見られる常套手段です。ET ロボコンに似た特性を持つ競技を参考に、アイデアや工夫のヒントを探してみてはいかがでしょうか。

2.3. 追加課題

2.3.1. 並行性設計*6はまだ途上

チャンピオンシップ大会では約 8 割のチームが並行性設計*6に着手していました。地区大会 ( 東京地区大会では約 4 割 ) と比べ大きく増加しています。しかし多くのチームは、初めからタスク分割ありきの説明になっていたようで、次の点に注意するよう指摘がありました。

またタスク分割の具体的説明についても、説得力の弱いチームがまだまだ多いとコメントしていました。説得力を増すためのアドバイスとして、次の 3 点を挙げていました。

これを踏まえ来年は、並行性設計のさらなるレベルアップが期待されます。

*6応答時間最小化やスループット最大化などを目的に、並行処理に必要なスケジューリングや排他制御を行う。

3. 表彰

競技部門、モデル部門、それらを合わせた総合部門の上位 3 チーム ( モデル部門は同位のため 4 チーム ) が表彰されました。また今年は特別賞として、リアルタイム OS の特徴を生かしたモデリングを行ったチームに TOPPERS 賞が贈られました。

3.1. 総合部門
総合部門
総合優勝 : AEK RUNNER 10 ( アンリツエンジニアリング株式会社 )
総合準優勝 : こっぺぱん♪ ( 神奈川工科大学 吉野研究室 )
総合 3 位 : i - K∀S ( 株式会社日立アドバンストデジタル )
3.2. 競技部門
競技部門
優勝 : SAGA 組込ソフト研究会
準優勝 : こっぺぱん♪ ( 神奈川工科大学 吉野研究室 )
3 位 : AEK RUNNER 10 ( アンリツエンジニアリング株式会社 )
3.3. モデル部門
モデル部門
Excellent Model : HELIOS ( 株式会社アドヴィックス )
Gold Model : 田町レーシング ( 株式会社オージス総研 組み込みソリューション部 )
Silver Model : サヌック ( 明電システムテクノロジー株式会社 )
Silver Model : 青大ロボコン研 MAX ( 青森大学ソフトウェア情報学部 )
3.4. TOPPERS 賞
TOPPERS 賞
TOPPERS 賞 : チーム HULA パンダ ( 株式会社日立超 LSI システムズ )

4. 来年へ向けて

来年参加するチームへ向けて、ワークショップで出た話題の中から競技規約に依らず役立ちそうなアドバイスを取り上げます。

4.1. パターン化でモデルシートをシンプルに

太田氏*1より 「 ソフトウェア開発はパターンの発見である 」 との話がありました。ソフトウェア開発の歴史はパターン化の歴史であり、「 処理のパターンが同じであれば関数メソッドにする 」 「 状態と振る舞いのパターンが同じであればクラスにする 」 「 機能のパターンが同じであればコンポーネントにする 」 というように、パターン化によりソフトウェアの品質は高められてきたと語りました。

その中で筆者は 「 パターン化することでモデルシートもシンプルになる 」 という話題が印象に残りました。つまり、同じことは 1 つにまとめて書くことで、複雑なこともコンパクトでシンプルに表現できるということです。上記で今年のモデルシートは記載が過密と述べましたが、記載の多いモデルシートも実はよくよく見ると似たようなことを繰り返し書いているケースが多々あったそうで、その場合はパターン化することで記述がコンパクトになり、シンプルで見やすいモデルシートになると語っていました。記載が過密と指摘されたチームは参考にしてみてはいかがでしょうか。

4.2. 基本を外さない

特に毎年参加している常連チームに多い傾向だと思いますが、モデルシートの内容で最も肝心な 「 そのモデルでちゃんと動く 」 ことの説明が欠け、自分たちの取り組んだ新しい技術についてのアイデアや工夫の説明のみに注力したチームが多く見られたそうです。そのようなチームはモデル面でかなり減点されたとのことでした。筆者自身 ET ロボコン経験者のため気持ちは良く分かります。「 前回とは違うことをしたい 」 「 他チームとは異なる点を訴えたい 」 との思いから、ついつい新しい取り組みについての説明に終始してしまいがちです。新しいことに挑戦しながらも、基本である 「 そのモデルでちゃんと動く 」 ことの説明はしっかりと押さえる必要があります。

5. 東京連合を振り返って

今年筆者が実施した東京地区のコミュニティ活動 ( 愛称 : 東京連合 ) について振り返ります。

知恵と刺激を与え合う 」 をコンセプトに、東京地区に所属する複数チームが集まり、「 集会 」 と称して合同のモデルレビューや試走会を行いました。多くの方々の協力もあり、計 7 回開催 ( 述べ 12 企業 48 名が参加 ) することができました。コミュニティで得られる知恵や、良い意味のライバル関係から生まれる刺激は、個々のチームで活動する以上の効果があったと感じています。その結果として、東京連合に参加する 2 チームがモデル部門で入賞できたことはうれしい限りです。また、会社外のメンバとのこうした交流は新鮮で貴重な経験でした。他の地区でも、このようなコミュニティ活動を実施してみてはいかがでしょうか。学校や会社だけでは味わえない 「 出会い 」 や 「 気づき 」 があるはずです。

最後に、チャンピオンシップ大会後に行った東京連合の慰労会 ( 飲み会 ) の模様を、チームの一言コメントと合わせて紹介します。

笑's 三人娘
笑's 三人娘
勝 ( かち ) ロボ
勝 ( かち ) ロボ
こっぺぱん♪
こっぺぱん♪
StrayCab05
StrayCab05
チーム HULA パンダ
チーム HULA パンダ
マイペース
マイペース
田町レーシング
田町レーシング
芝浦雑伎団
芝浦雑伎団
宮田哲氏 ( 技術委員 )
宮田哲氏 ( 技術委員 )

笑's 三人娘 : 「 たくさんの出会いがあり、良い経験ができました。来年の新人もチャンピオンシップ大会を目指します。」

勝 ( かち ) ロボ : 「 チャンピオンシップ大会では、ケーブルが半差しになっていてスタートで転倒してしまいました。この経験は来年の新勝 ( かち ) ロボに生かします。」

こっぺぱん♪ : 「 シーソー上停止のアイデアは 4 月の時点でありました。そして、チャンピオンシップ大会 1 ヶ月前には完成していました。あと、アウトコースを完璧に走った ( すべての難所をクリアした ) のは僕たちだけです ! 」

StrayCab05 : 「 今年は、モデルに力を入れてチャンピオンシップ大会に出場できました。来年は新人チームに変わってまたチャンピオンシップ大会を目指します。」

チーム HULA パンダ : 「 モデル部門で TOPPERS 賞を受賞できて良かったです。今年は初参加なのでキャッチアップの年でした。来年はオリジナリティを出していきたいです。」

マイペース : 「 初参加で楽しかったです。ロボットが動いている姿を見て癒されました。」

田町レーシング : 「 来年は、モデルはもちろんですが走り ( 競技 ) も頑張ります。」

芝浦雑伎団 : 「 来年も何らかの形で ET ロボコンに関わりたいです。学生の参加も増やしたいですね。」

宮田哲氏 ( 技術委員 ) : 「 みなさん楽しめましたか?来年はもっと楽しめる大会にしましょう。」

集合写真

また来年、パシフィコ横浜で会いましょう。



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