Rizm mini4WD Project

いずみ研的 ミニ四駆 プロジェクト

プロジェクト紹介資料

• mini4WDuino.pdf … Arduino互換 ミニ四駆について
• mini4WD3.pdf … FPGA搭載 ミニ四駆について

ミニ四駆ＡＩ大会

• AI技術を応用した小型モデルカーの高速制御
• 2013年から開始された公開型研究コンペティション
• 身近で安価なものをＡＩの力を用いて高性能化する（安価高有用）
• 限られた消費エネルギー・大きさ・重量で最大限の性能を引き出す（小型省資源高効率）
• ミニ四駆AI大会実行委員会
  代表　電気通信大学 西野順二先生
  https://sites.google.com/site/ai4wdcar/
• 過去の大会のまとめ動画 （FSS2023軽井沢）
  

いずみ研的プロジェクト

• 本来のテーマは Reconfigurable Systems
• 将来的には FPGA で制御したい
• 将来的には FPGA 搭載の制御基板を開発する
• しかし、学生にいきなり FPGA は辛い→まずはマイコンで検証
• 方針
• 独自基板を開発しノウハウを蓄積する
• Arduino互換とし、熟成されたツール＆ライブラリ、膨大な資料を活用する
• 高い保守性・拡張性をもったものとし、試行評価検討に資する

システムの概要

マイコン基板

マイコン

ATmega328, 最も普及している Arduino Uno ほかと互換

モーター制御

power FET (PWM) + relay (short brake)

電源

モーター用電池と共用または専用バッテリ、DC/DC搭載

基本入出力

LED（状態表示など）、スライドスイッチ（モード設定など）、プッシュスイッチ（スタートボタンなど）、ブザー（警告など）

通信

RN42-I/RM, Bluetooth-UART モジュール

I/O

汎用 Digital I/O, Analog I

I2C (3.3V, 5V)

PhotoReflector用 I/O

Grove like connection で市販センサモジュール類を容易に接続可

車両

車体

TAMIYA ミニ四駆 AR chassis

Aero Avante, Startar Pack ベース

自作基板マウンタ

制御基板

RitsIzm mini4WD2 基板

センサモジュール

９軸センサ MP-9250

反射型光センサ RPR-220

遠隔操作＆状態記録システム

• 特性の把握、機械学習の教師データ生成のため遠隔操作と状態記録が必要
• 車両⇔ＰＣ（操作する人）
• UART-Bluetooth で送受信
• Joypad で加速、ブレーキを操作
• 時刻、制御入力、センサー値をＰＣに転送
• グラフ表示＆ファイルに保存

FPGA搭載！ ミニ四駆

• TAMIYA ミニ四駆 MS chassis
• 自作基板＆マウンタ
• ロジック用バッテリ
• 路面センサ、車輪回転センサ

FPGA

Xilinx Spartan 7 (humandata XP68-06)

power FET

センサ

９軸慣性磁気センサ MP-20948

無線通信

Bluetooth-UART RN4678

いずみ研的 ミニ四駆 動画集

• マイコンなしミニ四駆の走行   [mov] [YouTube]
• いずみ研ミニ四駆(v1) 調整中の走行（減速しすぎ）   [mov] [YouTube]
• いずみ研ミニ四駆(v1) 調整中の走行   [mov] [YouTube]
• いずみ研ミニ四駆(v1) 調整後の走行   [mov] [YouTube]
• 基本入出力   [mov] [YouTube]
• モーター制御   [mov] [YouTube]
• 無線通信   [mov] [YouTube]
• 遠隔操作＆状態確認   [YouTube]
• ラップタイマ   [mov] [YouTube]
  （補足：スマホのアプリでミニ四駆用ラップタイマがあるらしい）
• ラップタイマによる計測   [mov] [YouTube]
• FTコースとラップタイマ   [YouTube]
• GAT2021 ミニ四駆AI大会 出走 立命いずみ研 吉田   [YouTube]
• GAT2021 ミニ四駆AI大会 出走 立命いずみ研 真鍋   [YouTube]
• FSS2021 ミニ四駆AI大会 出走 立命いずみ研   [mp4] [YouTube]

参考資料

学術論文、学会記事、研究発表

• 西野順二, "ミニ四駆AI大会が意味するもの", 第14回情報科学技術フォーラム(FIT2015), イベント企画「人工知能のため標準問題としてのゲーム研究」講演(4), 2015. [LINK]
• 中島智晴, "ミニ四駆AI", 日本知能情報ファジィ学会誌 知能と情報, vol.29, no.4, pp136-140, 2017. [LINK]
• 矢野良和, 原和道, "ミニ四駆のコース周回運動におけるセンサ情報分析の試み", 第30回ファジィシステムシンポジウム 講演論文集, TB1-2, pp.410-411, 日本知能情報ファジィ学会, 2014. [LINK]
• 平河恒樹, 笹岡久行, "モデルカーを用いた自律走行の最適化のためのセンサーに関する考察", 第31回ファジィシステムシンポジウム 講演論文集, WE1-2, pp.223-224, 日本知能情報ファジィ学会, 2015. [LINK]
• 久保田恵介, 伊藤暢浩, 田端翔太, 劉宇辰, "ミニ四駆AIのシミュレーション手法についての提案と評価", 第32回ファジィシステムシンポジウム 講演論文集, WE1-1, pp.57-60, 日本知能情報ファジィ学会, 2016. [LINK]
• Jordan Henrio, Thomas Henn, Benoit Vallade, 田中翔, 松村秀, 中島智晴, "モデルカーAIにおける機械学習手法の適用を目指した学習用データの自動生成システム", 第32回ファジィシステムシンポジウム 講演論文集, WE3-1, pp.255-258, 日本知能情報ファジィ学会, 2016. [LINK]
• 笹岡久行, 平河恒樹, "モデルカーを用いた自動走行のための機械学習の適用に関する一考察", 情報処理学会 第78回 全国大会 講演論文集, 7B-04, pp.35-36, Mar.2016. [LINK]
• 千葉笙平, 笹岡久行, "モデルカーを用いた自動走行シミュレーションにおける学習モデル獲得に関する基礎的研究", 第36回ファジィシステムシンポジウム 講演論文集, WD2-2, 2020. [LINK]
• 千葉笙平, 笹岡久行, "モデルカーを用いた自動走行のための学習モデルに関する基礎的研究", 情報処理学会研究報告, vol.2020-GI-43, no.17, pp.1-3, Mar.2020. [LINK]
• Ebrahim Aldousari, Mohammed Alfadhli, Abdulaziz Alanzi, Mohammed Qasem, Rafiquel Noorani, "Design of a Multi Sensor-Based Low-Cost Educational Robot" in Proc. of 2019 International Conference on Robotics,Electrical and Signal Processing Techniques (ICREST), pp.668-670, Jan.2019. [LINK]
• Ariful Islam Bhuyan, Tuton Chandra Mallick, "Gyro-accelerometer based control of a robotic arm using AVR Microcontroller", in Proc. of the 9th International Forum on Strategic Technology (IFOST), pp.409-413, Oct.2014. [LINK]
• Hau-Shiue Juang, Kai-Yew Lum, "Design and Control of a Two-Wheel Self-Balancing Robot using the Arduino Microcontroller Board", in Proc. of 10th IEEE International Conference on Control and Automation (ICCA), pp.634-639, Jun.2013. [LINK]
• Grace Gita Redhyka, Dika Setiawan, Demi Soetraprawata, "Embedded Sensor Fusion and Moving-average Filter for Inertial Measurement Unit (IMU) on the Microcontroller-based Stabilized Platform", in Proc. of International Conference on Automation, Cognitive Science, Optics, Micro Electro-Mechanical System, and Information Technology (ICACOMIT), pp.72-77, Oct.2015. [LINK]
• Richard Balogh, Stefan Knotek, Jan Sturcel, "Automated Testbed for Measurements and Evaluation of the Position Sensors Characteristics", in Proc. of the 28th International Conference 2016 Cybernetics and Informatics, Feb.2016. [LINK]
• Chun-Jung Sun, Hong-Yi Kuo, Chin E. Lin, "A Sensor Based Indoor Mobile Localization and Navigation using Unscented Kalman Filter", in Proc. of IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium, pp.327-331, May 2010. [LINK]
• 久保田恵介, 田端翔太, 劉宇辰, 伊藤暢浩, "AIモデルカーシミュレーションにおける走行状況の再現性について", 人工知能学会「社会におけるAI」研究会 第23回研究会, 2015. [LINK]
• 柳鷹宗, 仲山弘基, 伊藤暢浩, "モデルカーAIを用いた学習研究のプラットフォームについて", 人工知能学会「社会におけるAI」研究会 第20回研究会, 2014. [LINK]
• 甘利裕太, 西野順二, "ミニ四駆AIのコース学習における加速度センサの知的補正", 第42回東海ファジィ研究会予稿集, P3-03, Feb.2017.
• 田中翔, Thomas Henn, Jordan Henrio, 弥田緩美, 中島智晴, "ミニ四駆AI制御モデルのための機械学習用データ取得方法", 第42回東海ファジィ研究会予稿集, P3-04, Feb.2017.
• 甘利 裕太, 西野 順二, "ミニ四駆AIにおけるDPマッチングを用いた同一地点推定", 第34回ファジィシステムシンポジウム(FSS2018)講演論文集, TA1-3, pp344-347, 2018. [LINK]
• 戸井辰也, "マイコン制御ミニ四駆の自己位置推定手法の基礎検討", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2020.
• 木村祐介, "小型高速モデルカーのＡＩ制御のための加減速性能評価", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2020.
• 泉知論, 戸井辰也, 木村祐介, "自律走行制御の教育研究のためのArduino互換ミニ四駆", 第64回 システム制御情報学会 研究発表講演会 (SCI'20), TS04-5, pp.177-182, May 2020. [LINK]
• 吉田直人, "マイコン制御ミニ四駆のAI学習のための走行環境の構築", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2021.
• 真鍋空, "マイコン搭載ミニ四駆のジャイロセンサによる位置推定と走行制御", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2021.
• 泉知論, 真鍋空, 吉田直人, "教育研究用Arduino互換ミニ四駆による走行制御の試行", 第65回 システム制御情報学会 研究発表講演会 (SCI'21), TS05-2, pp.643-648, May 2021. [LINK]
• 藤井 創生, "マイコン搭載ミニ四駆の反射型光センサによる走行制御", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2022.
• 柴田祐季, 清水大樹, 中島智晴, 楠木祥文, "カメラを用いた位置推定に基づくミニ四駆の自動制御と通信遅延への対処", 第38回ファジィシステムシンポジウム(FSS2022)講演論文集, TG1-2, 2022.
• 泉知論, "FPGA搭載ミニ四駆の試作", 電子情報通信学会 技術研究報告, vol.122, no.354, RECONF2022-87, pp.31-33, Jan.23, 2023. [LINK]
• 鈴木 太一朗, "慣性センサを用いたマイコン搭載ミニ四駆の自己位置推定", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2023.
• 濱野 郁也, "マイコン搭載ミニ四駆の反射型光センサによる路面計測の特性評価", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2023.
• 阪口 美大, "マイコン搭載ミニ四駆の位置推定検証のための模擬センサデータ生成の基礎検討", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2023.
• 泉知論, "FPGA搭載ミニ四駆の試作", 第8回 Game AI Tournament (GAT2023), poster, Mar. 2023.
• 休石 大夢, 矢野 良和, "ミニ四駆の周回制御のための速度情報を用いた省演算量な自己位置推定法の基礎提案", 第39回ファジィシステムシンポジウム(FSS2023)講演論文集, 3D1-1, pp.784-787, Sep.2023.
• 赤坂 清隆, "ミニ四駆AI用制御装置の事例紹介", 第39回ファジィシステムシンポジウム(FSS2023)講演論文集, 3D1-2, pp.788-790, Sep.2023.
• 柴田 祐季, 清水 大樹, 中島 智晴, 楠木 祥文, "地磁気センサと磁石を利用したミニ四駆AI制御手法の開発と実験", 第39回ファジィシステムシンポジウム(FSS2023)講演論文集, 3D1-3, pp.791-793, Sep.2023.
• 赤塚 友基, "小型ロボカーにおける位置推定のための慣性センサ値のノイズ除去手法の検討", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2024.
• 長森 隆生, "センサーフュージョンによる小型ロボットカー向け自己位置推定の高精度化", 卒業論文, 立命館大学 理工学部 電子情報工学科, Feb.2024.
• 長森 隆生, 泉 知論, "センサフュージョンによるミニ四駆ＡＩの自己位置推定", 第9回 Game AI Tournament (GAT2024), poster, Mar. 2024.

書籍

• ゲットナビ編集部 編, "タミヤ公式ガイドブック ミニ四駆超速ガイド 2019-2020", ISBN: 978-4056114928, 学研プラス, May 2019.

データシート、マニュアル、製品情報

• "AI Chip V3 ９軸IMUセンサ搭載ミニ四駆用制御ボード", RT Corporation, Jul.2018. [LINK]
• "春鹿ボード", 旧 Quantum, May.2015. [LINK]

ネット記事（企業、団体）

※学術論文の参考文献にするのは避けること

• "ミニ四駆ＡＩ大会 準優勝＆3位入賞！", 立命館大学 理工学部 News & Topics, Sep. 2023. [LINK]
• "Arduino入門講座／ミニ四駆改造プロジェクト", 佐賀大学リージョナル・イノベーションセンター, Feb.2021. 動画, [LINK]
• "ミニ四駆にAIを", 技ラボ, Nov.2018. [LINK]
• "AIミニ四駆開発中", RT Robot Shop Blog, Jun.2015. [LINK]

SNS記事、ブログ等（個人）

※学術論文の参考文献には挙げないこと

• @muka1206, "ミニ四駆にAIを搭載した話", 2019. [LINK]

マイコン搭載ミニ四駆 git, YouTube, twitter, ....

• いずみ先生 YouTube Channel
• 赤坂産業 YouTube Channel, Twitter
• アズパカ（IN THE WILD）さん, ミニ四駆にマイコンを搭載すると…
• きくちさん, ミニ四駆をマイコンで制御してみた, 2015/03/14
• 西村備山さん, ミニ四駆をラジコン化してみた, 2013/03/23
• トイラジレーシングさん, ミニ四駆を1000円でリモコン化【組立編】, 2019/02/17
• Tackleさん, ワイルドミニ４駆をラジコンにしてみた。, 2016/06/08
• iceberg2jpさん, ワイルドミニ四駆ラジコン化, 2020/04/08
• にわから Niwakaraさん, 【ミニ四駆】バックブレーダーに自動走行機能とパワーブースターを搭載する【魔改造】, 2020/02/08
• iceberg2jpさん, ミニ四駆マッハビュレットをラジコン化した, 2020/06/10