ETロボコンとその感想（スキップ可能）

マウス界隈では、ソフトの設計の話をしている人とか少なく[独自研究]、私含め動けばいいが先に来ていて設計はあまり気にしていない[要出典]印象があるため、この機会にモデルベース開発を学んでみてはいかがでしょうか。

モデルの3視点　機能・構造・振る舞い

モデルはソフトウェアを記述するものですが、記述の観点として「機能」「構造」「振る舞い」の3つがあります。
それぞれ異なる視点である上記によって同じものを記述することで誤解なく伝えることができます。製図における3面図と同じような考え方だと思います。

「機能」
　　システムがユーザに提供する働きやサービス。ユースケース図で記述。
　　マウスであれば、”探索”、”最短経路導出”、”最短走行”など。

「構造」
　　システムの構成。クラス図やオブジェクト図で記述。
　　マウスであれば、”壁情報は迷路モジュールが管理"、”探索モジュールは迷路モジュールを経由しないと直接壁情報にアクセスはできない”など。

「振る舞い」
　　システムの動きや処理の順番。シーケンス図やアクティビティ図で記述。
　　マウスであれば、"まずLEDの反射値から壁を判断し、それをもとに次行く方向を決める"、”目標速度を決めた後にPWM指令値を決定する”など。

モデル設計フロー

ETロボコンで学んだ設計フローは下記の順です。
　①要求分析（システムの目的）※
　②機能決定（①のために必要な機能）
　③シナリオ整理（②の機能がどのような流れで実現されるか）
　④オブジェクト抽出（③に出てくる"部品"を整理し必要なオブジェクトを洗い出す）
　⑤構造決定（④の類似品をまとめたり役割を整理しクラスとしてまとめる）
　⑥部品のつながり整理（③を果たすために④がどうつながっているかを整理）
　⑦振る舞い決定（時間軸に沿って⑥の動作を整理）

※システムの要求分析についてはあまり教わってなく正直よくわかっていません。有識者の方いらっしゃれば教えてください。

このフローの中で、②が機能、④⑤が構造、⑥⑦が振る舞いのモデルを設計することに対応します。
また、④～⑦はまず自然言語レベルで概念を明確にする基本設計を行い、そのうえでもう一度コーディングできるレベルで詳細を詰めていく詳細設計を行います。
基本/詳細 設計のイメージ）
　基本設計：迷路モジュールが壁情報を管理
　詳細設計：Maze クラスがprivateメンバ変数 wall[x][y] を保持

よって、正確なフローは
　① ⇒ ② ⇒ ③ ⇒ ④~⑦（基本設計）⇒ ④~⑦（詳細設計）⇒ コーディング
となります。長いですね。

実際にやってみる

私が自身の整理がてら、マイクロマウスを対象に先のフローの⑤くらいまでやってみたので一つの例として紹介します。


①②③ 要求分析＆機能抽出＆シナリオ整理

まずはマウスに必要な機能を考えます。私は「最短走行」と「探索走行」だと考えました。
ただし、これではまだ粒度が大きすぎるので細かく分類します。
例えば、「探索走行」のシナリオを考えると、下記のような感じになりそうです。（）内はそれぞれの処理に関連しそうな部品です。

　1. 壁情報を取得する（光センサ）

　2. 迷路データを更新する（迷路）

　3. 更新した迷路データから次行く場所を選ぶ（経路選択）

　4. 次の場所に向かって走行する（走行体）

　5. 目的地にたどり着くまで1～4を繰り返す

これを見ると1～4はまだまだ粒度が大きいのでもう少し分類します。
（正直、どのレベルまで分解するべきかはよくわかっていません。私の目安としては、設計フローの部品抽出や振る舞いを考えるときに苦労しないで済む（脳死でできる）くらいをイメージしています）

1をさらに分解すると

　1-1. 発光LEDを光らせる（LED）

　1-2. 受光素子のAD値を読む（受光素子）

　1-3. 閾値を超えていたら壁がある、超えていなければ壁がないと判断する

となり、ここまで細かくなればその後の部品抽出や振る舞い記述ができそうです。

他も同様に細かくした結果が下記のユースケース図です。




④ 部品抽出

続いて部品の抽出を行っていきます。
これは先ほど洗い出した機能を果たすうえで必要なモノを拾っていく作業です。
例えば、先ほどの「壁情報を取得する」機能ですと"発光LED"と"受光素子"が部品にあたります。
また、部品同士はどれが関連しているかわかるように線を結んでおきましょう。


これをひたすら行っていくわけですが、ここで注意することとしては抽象的な概念を部品として扱わないようにしましょう。

この作業を行っている　走行体を制御するモノ＝制御部　みたいなことをしたくなるのですが、制御部なんてモノは現実には存在しません。抽象的な概念をいれてしまうとオブジェクト指向からブレてしまう、、、とのことです。
私の実体験としては、あいまいな概念が出てくるとその役割が大きくなりすぎて、あらゆる役割を押し付けるようになって大変なことになりました。
頑張ってセンサからデータを取得しモータに電圧をかけるみたいに分類した方がいいです。難しいところではありますが。。。

部品をまとめたものが下のオブジェクト図になります。


（Logが空なのは設計がまだできていないためです）

四角がそれぞれ部品です。部品だけ列挙すると何をするのかわからなくなるので、赤い付箋みたいなので部品の役割をメモしています。
例として出しといてあれなのですが、この後の構造整理をちょっと見越してクラスっぽく整理してあります。
発光素子と発光LEDが光学センサにまとめられていたり、モータが一つしかなかったりするのはそのせいです。（本来この段階では左モータ/右モータみたいに実体の部品に対応している）

⑤ 構造決定

続いて先ほどのオブジェクト図から重複する概念などをまとめて整理しクラス図にまとめていきます。
すでにある程度まとめてしまっていますが、本来は左モータ/右モータを1つのモータクラスとしてまとめたり、N個の発光LEDを1つのクラスにまとめたりします。

迷路回りを書いたクラス図が下記になります。



ところどころ、コーディングっぽくなってるのは私がさぼって詳細設計に一部突入しているからです。
本来はこの時点で具体的な型などまで決める必要はありません。


⑥⑦ 振る舞い

振る舞いでは、④で洗い出した部品が具体的にどのような流れで関連するかを記述します。
まず部品Aから部品Bにデータを渡し、それに応じて部品Bが部品Cに送るデータを決めて…みたいなイメージです。

例としてモデル図を出せればよかったのですが⑤までで力尽きてしまいました。。。申し訳ありません。
いつか書いた暁にはしれっと続きの記事とか書くかもしれません。こうご期待！！

まとめ

というわけで非常にざっくりしたモデルベース開発紹介でした。
説明というより、とりあえず書きなぐった感じになってしまって申し訳ないです。あんまり整理できなかった。。。
わからない点などはぜひお気軽に質問してください。
また、間違っている点とかあったらご指摘いただけると嬉しいです。


途中でも書きましたが、マイクロマウス界隈ではこの辺の話を全然聞かないです。
ハードウェアの工夫やノウハウもいいですが、ソフトウェア設計もいいぞ！！！！ ということで今回の記事を書いてみました。何らかの助けになれば幸いです！

これを読んでくれている誰かに刺さってくれないかなぁ。もっとソフト設計の記事ふえないかなぁ。

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明日はううさんの粘菌かポーランドの話です！　（ううってなんだ・・・？）
研究内容的なことか旅行記なのかな？
ひと味違う感性を持つ彼の記事、楽しみですね！

注文の背景

エレファンテックとは？

エレファンテックはプリンテッド・エレクトロニクス技術で世界をリードするスタートアップです。
インクジェットプリンタで銀ナノインクを印刷し、その上から無電解銅めっきを形成する独自技術でフレキシブル基板を製造しています。

エレファンテックに発注したきっかけ

発注するには？

エレファンテックは仕様書がわかりやすい

仕様書とか読む気しないんですけど

回路設計

発注データの形式は？

• アートワーク設計を含む場合
  • 回路図データ
  • 外形データ
• アートワーク設計を含まない場合
  • 基板アートワークデータ（拡張ガーバー RS-274Xが標準のファイル形式）
    • パターン
    • レジスト
    • シンボル
    • 外形線
    • 補強板
    • 補強板指示（補強板IDと貼り付け位置が分かるもの）
• 部品実装を含む場合
  • 部品表（部品調達代行の有無にかかわらず）
  • 実装指示

マイクロマウス界隈で主流のEagleとKicadに関してはガーバーファイルの出力方法が公式サイトにまとめてあります。ありがたい。
他のCADを触ったことないですが、今後情報を追加していく予定らしいです。
たぶん基本的には必要な情報をレイヤー別に分けてガーバー出力すればよいのではないかと思いますが。

いざ発注、その前に

さて、発注するために必要な項目について、振り返ってみましょう。
　1. 作れる基板の仕様確認　【済】
　2. 回路設計　　　　　　　【済】
　3. 発注データ出力　　　　【済】
　4. 発注
3番まで修了しました。

次はいよいよ発注！　

と行く前に一回落ち着いてデータを確認しましょう。
ソリッド基板（よく使う固い基板）と違いフレキシブル基板はなかなかのお値段するので確認が大事です。

もう一度、先述のフレキシブル基板にチャレンジシリーズとかを見直すことをお勧めします。
参考までに私の経験から注意しておくことを書いておきます。
これさえチェックすればいいというものではないから必ず自分で確認するんだぞ！！！！

注意点
1. 部品実装部、コネクタ部には補強版を付ける（付けないと曲がって部品が取れるらしい）
2. コネクタ部の端子間にはレジストを塗らない（塗ると寸法精度と厚くなりコネクター装着が厳3. しい）
4. レジストの開口部からシンボル0.5mm開ける
5. はんだ付けするパッドやリード部はレジストを開口する（開口しないとはんだ付けできない）
6. レジストの開口部はわざと狭くしてパッドの浮きを防ぐ

エレファンテック：フレキシブル基板 P-Flex™️ 設計のコツ「レジスト・シンボル・外形編」より

特に6番、ヤバいです。
驚くほど簡単に剥げていきます。
ちょっとはんだ付けに手間取っているとパッドがなくなってます。
皆さんは気を付けましょうね。


中央のQFNのパッドの白くなってる部分は全部取れました。笑える。

ちなみに、6番のリンク先には、今回紹介していないフレキシブル基板が切れないための工夫とかも書いてあるので是非一読ください。

発　注　！

最終確認も終わり、いよいよ発注です！
エレファンテック、発注の仕方はわかりづらいです。
他社みたいにポチポチ情報を埋めていけば自然と発注できるみたいなページは存在しないみたいです。見つけられてないだけかも。

前回発注時は問い合わせフォームから
質問→見積もり→発注
と行いました。

ちなみに最初の返答はこんな感じでした。

注意：2018年8月時の情報です。

>1. P-Flex PI/PET は現在個人で注文可能でしょうか。 ⇒1枚からでもご注文可能です。(1個あたりの価格は割高にはなりますが)

 >2. 注文できるのであればPIとPETの値段の差は如何ほどでしょうか。⇒PETはデータ手直し無ければ、15000円～となります。オプション追加は別途料金・日程が加算されていきます。 　PIは30000円～となります。こちらもデータ手直し無の場合です。同様にオプションで上記と同様価格が加算となります。

ここからやり取りを繰り返して最終的に発注までいった感じです。
この際、担当の方が非常に丁寧で、データのミス等を指摘くださいました。
この場を借りて感謝申し上げます。そして、ご迷惑をおかけし申し訳ありませんでした。

参考までに発注見積もりを書いておきます。

主注文：
　　P-Flex™PET50μm(8x76mm) 
オプション：
　　補強板(3枚以下)
　　⾦メッキ+ニッケルメッキ
　　コネクタ部特殊仕様端⼦部精度処理(±0.07mm) 
枚数：
　　10枚
値段：
　　40000円+税
注意：2018年8月時の情報です。


余談
この記事書くためにサイトに確認しに行ったらワンストップサービス最低100枚からになってるけど、問い合わせればきっと10枚とかでも大丈夫だよね…？　うん。きっとだいじょうぶだいじょうぶ。
ダメだったらこの記事が誰向けなのかよくわからなくなってしまう。

受注後

発注が無事完了すると、着工開始直前にメールが届くそうです。
私の時は忙しい時期だったからか不具合でメールが遅れましたが、本来ならこのメールで発送予定とかが知らされるものと思います。

データ受領から発送まで約2週間くらいでした。

基板は、紙で挟まれた状態で届きます。写真残し忘れました…。
　紙 基板 紙 基板 紙 ・・・ 紙 基板 紙
みたいな感じです。
私が注文した材質はPET（リフロー耐熱が200℃）でしたが、基板が溶けるため普通のはんだが使えないということで、低温はんだもついてきました。ありがたい…！

実装に当たっては、白光のFX600の最低温モードで実装しましたが、基板がみるみる溶けていくということもなく、問題はなさそうでした。

まとめ

フレキシブル基板というものに初めて挑戦したのでブログを書いてみました。
ぐにゅぐにゅ曲げられる基板というのは面白く、アイデア次第で色々新コンセプト打ち立てられそうです。
ただし、やっぱり安くない買い物なので設計ミスには気をつけましょう。


私は、先述のパッドが剥げる問題で基板ダメにしたので近いうちに再発注します。







明日は、アブノーマルさんの「お酒っておいしよね2018」です。
個人的にはまったく共感できないんですが、もしかしたら明日の記事でお酒の魅力に気づくのかもしれません。楽しみにしてます。わくわく。

量子コンピューターは１つじゃない！　

量子ゲート方式

量子イジングマシン方式

都市部に餌を置き粘菌を放つと、粘菌の形成した経路が最適な経路となっている
＝ 粘菌を利用して経路問題を解けている

光でイジングモデルを再現するコヒーレントイジングマシン。  

D-Wave(D-Wave Systems)

今回の記事のまとめ

• 量子ゲート方式
• 量子ネットワーク方式（コヒーレントイジングマシン）
• 量子アニーリングマシン

「NTTの量子コンピューターが話題だけど、君はどう思う？」

壁制御の調整方法

スラロームの調整方法

北信越大会

大会本番

（ま．さんのTwitterから。忍者ブログでTwitter埋め込みってどうやるんすか）

はい僕です、ごめんなさい。猛省します。



でもでも！
ドラマチックな因縁の対決を演出したので、大目に見てください！












……えっ、むり？





ここから言い訳タイム

今回のコンセプトとか何を思って作ったとか勝手にグダグダ話します。


まずやらかした迷路。


(7,7)(7,8)(8,7)(8,8)の中央4マスゴール


で、なぜフレッシュマンに優しいとか言っていたのか



単純な歩数最短を走る足立法ならこの経路を通ると想定していました。
このルートなら、壁も多く、階段の連続もなく、袋小路で尻当てして姿勢も直せるはずだったんです。


実際に多くのフレッシュマンたちが通ったルート



こんなスラロームの連続、そりゃあこけますよね…。


なぜ、こんな悲劇が起こってしまったのか

実は、というかよく見てもらえばわかるんですが、想定のルートと実際に通ったルートが食い違う分岐点って歩数的にはどっちに行っても同じなんですね。

僕のアルゴリズムでは、同歩数の場合には直線になる方向を優先することになってるので真っすぐ行きます。
シンプルな足立法では、東西南北の優先順位（IFの順番とか）に従って決まりますね。


もし東より北の優先順位が高いと？？

おめでとうございます、見事スラローム連続ルート突入です！！！！



どうするべきだったか

歩数が同数というわかりやすい分岐は両方検証しておくべきでした。
というか、単純にもっと壁を増やしておけば良かったですね。。。

あと段差に思いをはせる必要もありました。
ごめんね、段差先輩。もうMiceからは卒業したものだと思ってたよ。



コンセプト（最短ルートと最速ルート）

最後に、コンセプトというか、みんなにやってほしかったことを話して言い訳は終わりにします。




緑のルートが単純に歩数最短のルートのはずです。
これは、最初の方に、俗に言う桂馬飛びが多く、更には最後に180度×2があり、あまり速度が出ないはずです。

一方、優勝者であるnocheさんが通ったのが青い経路です。
歩数的には緑より長いんですが、直線が多く速度が出しやすくなっています。
狙ってかわかりませんが、nocheさんは重ね探索せず迷路の左側を見なかったことで緑の経路を避けていました。


今回やりたかったことっていうのは、まさにコレで、歩数的に不利だけれども、走行時間は短い経路を探しに行けますか？ ということを考えてほしかったです。流石優勝者。

もちろん、エキスパートの皆さんはそんなことは百も承知だとは思いますが、まだそこまでやってない人はこの機会にぜひ考えてみてはいかがでしょうか。
って大会で言いたかったなぁ


ちなみに、僕が想定した最速ルートは別にあります。
もちろん走行パラメータに依りますが。
mazeにも挙げておきましたので、良かったら検討してみてください（ばればれな気もしますが）。



あとはゴールの斜め突っ切りも観たかった。


最後に

Miceプチ大会運営お疲れ様です。
参加した皆さまありがとうございました。

クラシックでこけた方は、どうぞ気を落とさず、クソ迷路だと思って忘れてください。

そして、nocheさん、赤子さん、最短感想おめでとうございます。
ありがとうございます、あなた方のおかげでレジェンドクソ野郎にならずに済みました。

クロソイドの移動距離

クロソイドとは

マクローリン近似

まとめ

マクローリン展開の誤差について