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　 FPGAとラジコンサーボモジュールを使った多自由度ロボットの製作
　 　 T.Yamamoto


　 概要

ロボットのハードウェアの概要は以下のようになっています。正確に調べたわけではないですが、完全自律型の四脚式のロボットでは恐らく世界最小最軽量であると（勝手に）謳わせてもらっています。

名前 Beast2
全長（胴体部） 158mm, 本体102mm
重量 440g（バッテリー含む）
自由度 15自由度（脚部3、頭部3、尻尾1）
電源 Li-ion（7.2V　8.5Wh）
連続稼働時間 約4時間
CPU SH-2 （7045　28MHz　37MIPS）
FPGA ALTERA　FLEX10K10
MEMORY S-RAM （256KB 32bitBUS No-Wait）
FLASH CPU内部　256KB、　外部　512KB
センサ PSD×1、加速度センサ（2軸）、タッチセンサ×8、マイク×2
その他 4096色発光マルチカラーLED×2
開発言語 C言語 （イエローソフト社製コンパイラ使用）


開発システムの構成は以下の用になっています。

●PC側

1.テキストエディタ
プログラミングに使用。秀丸エディタやメモ帖など。使いやすいもの、使いなれたものがベスト。

2.通信ターミナル
プログラムの転送、ロボット側CPUのコンソール。ハイパーターミナルやTeraタームなど。使いやすいもの、使いなれたものがベスト。通信速度は38400bpsもしくは115200bps。

3.Cコンパイラ
イエローソフト社のCコンパイラ。YCSHを使用。Dosのコマンドラインからバッチファイルを作成し、makeファイルの代わりに使用。

4.FPGA開発ツール
ALTRA社のFPGAの開発ツール　Max+PlusII Baseline はALTERA社のHPで無償でダウンロードできます。FPGAのロジックを回路図で記述し、ピン配置をGUIのドラッグアンドドロップで決定、コンパイル（ボタンを押すだけ）でFPGAのコンフィグデータを作成する事ができます。

●ロボット側

1.CPUボード
日立製のシングルチップRISCマイコン、SH-2の7045を搭載したCPUボードです。メーカー製の汎用基盤で機能上は問題はないのですが、手乗りサイズのロボットにしたいという事で今回はカードサイズ（80mm*50mm）のCPUボードを起こしました。

28.7MHzで駆動、メーカスペックで37MIPSの実行速度を叩き出します。CPU内部に256KBのフラッシュメモリを持ち、RAMを2k、タイマ、シリアルコミュニケーションインターフェイス(SCI)、A/D変換器、割り込みコントローラー(INTC)、IOポート内臓しています。高速低消費電力S-RAM(2Mbit)を32Bitバスで接続し、ノーウェイトアクセスをさせ、SH-2の性能をフルに発揮させるようになっています。CPU内臓のフラッシュにはモニタプログラムを焼きこんであり、シリアル経由でRAM上にアプリケーションをダウンロード、シリアル経由の“Goコマンド”、またはオンボードのGoスイッチで転送したアプリケーションを起動することができます。シリアルの通信速度は119.2Kbps。（ボード上のDIPスイッチの切り替えで38.4Kbpsでの通信もサポート）

保証されている内臓Flashへの書込み回数は100回と少ないため，内臓フラッシュに焼きこんでのアプリケーションのデバッグはフラッシュの寿命が心配になりますが，RAM上にダウンロードするこの方法ではその心配がありません。モニタプログラムの書き換えもシリアル経由でできるためモニタシステムのバージョンアップも簡単に行うことができます。RAMは電気二重層コンデンサでバッテリーバックアップされており，6時間程度であればダウンロードしたアプリケーションを再ダウンロード無しに実行することができます。またCPU内部とは別に、512KBのフラッシュメモリを搭載しており、ボード上のDIPスイッチの切り替えでこのフラッシュに焼きこまれたプログラムをRAM上に自動的に転送して起動する事もできます。このフラッシュへのプログラムの書きこみなどもモニタシステムがサポートしていますので、シリアル接続だけですべての作業を行う事ができます。

2.IOボード
FPGAと加速度センサ、RS-232レベル変換IC、サーボモジュール、センサほかへのコネクタが実装されています。



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