マイコンカーラリー

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マイコンカーラリー (Micom Car Rally, MCR)とは、ロボット競技大会の一つであり、マイクロコンピュータ(マイコン)を搭載したロボットが、直線、カーブ、直角カーブ(クランク)、レーンチェンジ路、坂道が含まれるコースを自律制御で走り抜けるタイムを競う競技である。

[編集] 大会概要

[編集] 大会名称

大会の正式名は、ジャパンマイコンカーラリー2006 のように、ジャパンと全国大会の開催年を付加した形で毎年設定される。マイコンカーラリーやMCRは共に略称である。

[編集] 開催場所

1996年の第1回大会は北海道のみの開催であったが、その後は北海道において全国大会を開催し、日本全国各地においては地区大会を開催する形態が定着している。2005年度の地区大会は、東海、山形、北信越、福島、九州、北関東、四国、近畿、中国、北東北、南関東、北海道の12地区で開催されている。
全国大会は北海道札幌国際情報高等学校における開催が通例となっている(第10回記念大会を除く)が、地区大会の開催場所は固定的ではなく、各地区にある工業高等学校の体育館を使用する場合が多い。

[編集] 開催時期

全国大会は毎年1月の開催が通例となっている。
各地区大会は概ね8月から翌年1月の間に開催されているが、開催順序は固定されていない。
高等学校の生徒に対しては、地区大会の前にプレ大会や講習会などのイベントも設定されている。

[編集] 参加者

マイコンカーラリーの大会は、高校生の部と一般の部の2部門が存在する。高校生の部は高等学校に在籍中の生徒のみが参加可能であるが、一般の部は年齢制限なども無く誰でも参加可能であり、何らかの理由がある高等学校の生徒が高校生の部と排他的に参加することも可能である。
高校生の部の参加者は1つの地区大会にしか参加できず、地区大会にて同じ所属校の参加者の中で上位の成績を収めなければ全国大会への参加は認められない。一方、一般の部の参加者は複数の地方大会に参加でき、全国大会への参加も地方大会の参加有無や成績によらず可能である。

[編集] 規模

第1回大会においては、高校生の部が99人、一般の部が80人、合計179人の規模であった。しかし2006年度の大会においては、高校生の部は全国470校より3,000人以上、一般の部は450人以上が参加者として関わっており、大会の規模は年々拡大している。

[編集] 地区大会における表彰

高校生の部においては、走行タイムが1位から3位の生徒に対し表彰状および副賞が与えられる。また各参加校の成績上位者に対し、全国大会への出場権が与えられる。各地区大会への出場権付与者の人数配分は、事前にジャパンマイコンカーラリー実行委員会が決定する。
一般の部においては、走行タイムが1位から3位の参加者に対し表彰状および副賞(賞金)が与えられる。また成績上位者から順に、地区大会の一般の部への総人数に一定割合をかけた人数を上限として、全国大会への出場権が与えられる。
一般の部における賞金は、優勝20万円、準優勝10万円、3位5万円である。ただし入賞者が高校生以下の場合は賞金ではなくなる。
全国大会の出場権は辞退が可能であり、辞退がある場合には繰上げで下位成績者に権利が与えられる。
出場権には、出場の参加費用だけではなく、移動手段や宿泊場所の確保も含まれている。

[編集] 全国大会における表彰

高校生の部においては、走行タイムが1位から3位の生徒に対し表彰状、トロフィーまたは盾、および副賞が与えられる。
一般の部においては、走行タイムが1位から3位の参加者に対し表彰状、トロフィーまたは盾、および副賞(賞金)が与えられる。
一般の部における賞金は、優勝20万円、準優勝10万円、3位5万円である。ただし入賞者が高校生以下の場合は賞金ではなくなる。
実行委員会が、状況に応じてアイディア賞やデザイン賞などの特別賞を与えることがある。

[編集] コースについて

[編集] 概要・規定

コース全体に走行路を示す中央ラインが存在し、かつコース上にラインで示された付加情報が存在するロボット競技という点で、ロボトレース競技やロボットランサー競技との共通性があるが、マイコンカーラリーのこれらの競技と異なる特徴として、コースに起伏(坂道)があること、クランク(直角カーブ)路があること、コースに幅と厚みがあり、ロボットの一部がコース外に接地する(コースアウトする)と失格となることなどが挙げられる。
コースは閉じた周回路であり、コース上にゲートが2つ存在する。走行タイムは、ロボットがゲートを通過してスタートした時点から同じゲートに戻ってくるまでの時間を計測することで得る。マイコンカーラリー競技においては、走行タイムを残すこと、すなわちコースアウトせずに完走することが第一の目標となる。
コースでの走行タイムには3分の上限があり、これを超えた場合は失格となる。敢えて失格寸前のタイムでの完走を目指す参加者も毎年見られる。
2006年度の大会より、スタート地点にスタートバーが追加された。2006年度の時点では、参加者はロボットがスタートバーが開いたことを自動で検出してスタートできるようにするか、開いた後に手動でスタートするかを任意で選択できる。いずれの場合もフライング動作となった場合は失格となる点、ロボットの先端がスタートバーより20ミリ以上はなれていなければならない点に注意が必要である。
コース上に2つのゲートが存在することにより、2台のロボットの同時走行が可能である。同時走行では一方が他方に追い付いてしまう場合があるが、追い付かれる側の参加者は審判の指示に従って自身のロボットをコースから排除する必要がある。この場合、追いつかれた参加者には単独での再走行が認められるが、この際のタイヤのメンテナンスおよび電池交換以外の行為は禁止されている。
走行タイム計測開始前の逆走は、不正なタイム短縮手段とみなされ、失格となる。
コース中には直角カーブが1つ以上存在する。直角カーブの手前には進行方向と直角に二重線が引かれており、ロボットが直角カーブの存在を認識するための情報源の一つとして利用できる。ただし二重線の開始位置はコース中央ラインが直角に曲がる位置より50センチから100センチの範囲でランダムに設定され、直角カーブ毎に位置が異なる。
2006年度の大会より、新たなコース構成要素としてレーンチェンジ路が追加された。コース中にはレーンチェンジ路が1つ以上存在し、右または左へのレーンチェンジ走行を行う。レーンチェンジ路の手前には直角カーブと同様に二重線があるが、コース中央からレーンチェンジ方向に対応する側にのみ二重線がある点が異なる。レーンチェンジ路では中央でコース中央ラインが途切れるが、片側二重線の位置はラインが途切れる位置より50センチから120センチの範囲で設定され、レーンチェンジ路毎に位置が異なる。
コースに関して、参加者が各部の寸法を直接計測すること、参加者がコース構成に関する情報を走行前のロボットに与えることは認められていない。

[編集] コース規格

コースの幅は300ミリ、厚さは30ミリ、コース内側の最小曲率半径は450ミリ以上、坂道の傾斜角度は±7度とする。
コース表面の材料：黒/白/灰の各色を下記製品のいずれか、または組合せで構成

素材(黒色)：

積水化学工業製ハルカラーHC-015

積水化学工業製エコパレットハルカラーHKC011

中川ケミカル製カッティングシート793

素材(白色)：

積水化学工業製ハルカラーHC-095

積水化学工業製エコパレットハルカラーHKC097

中川ケミカル製カッティングシート711

素材(灰色)：

積水化学工業製ハルカラーHC-050

積水化学工業製エコパレットハルカラーHKC057

中川ケミカル製カッティングシート735

※エコパレットハルカラーは JMCR2006 より代替品として導入されたが、ひっかき傷が付きやすく伸びやすいため、JMCR2007 より中川ケミカル製のカッティングシートが新たに導入されることになった。

コース表面の構成要素：上記材料を用いて構成する
- ベース部：黒色、この表面に下記3ラインを貼付
- 中央ライン：幅20ミリの白色ライン、その両サイドに幅10ミリの灰色ライン
- 路肩ライン：幅30ミリの白色ライン
- 直角カーブ前ライン：カーブ手前0.5メートル以上1メートル以内の位置に、幅20ミリの白色ラインが30ミリ間隔(ライン内側の間隔)で2本、進行方向と直角に並ぶ

[編集] 考慮すべき事項

大会で使用されるコースは、上記コース表面の構成要素を木製の土台に取り付けて厚さ30ミリとし、かつコース構築およびレイアウト変更が行いやすいよう、直線の長さ別、カーブの曲率別に分割した構造となっている。この構造に伴って発生する結合部の隙間、段差に関しては最小化する措置が採られているが、各種センサ入力に外乱を生じる要素として考慮に入れた方が良い。

大会進行時には、定期的にコースメンテナンス作業として、静電気発生防止の薬品塗布と共に、コース表面の埃が除去される。コース表面の埃は高速走行を行うロボットの大敵であり、参加者は常にタイヤへの埃付着を気にする必要があるが、コースメンテナンス直後に必ずしも高いグリップが期待できない(薬品の影響か)とする参加者も居り、コースの出走順(先に走行イコール掃除役、状態確認役)を含めて運の要素がある程度は存在する。悪運への対処については、走行スピードを落とす手段が一般的であるが、ロボットに埃除去機能を設けるなど意外で面白い手段に出る参加者も存在する。

[編集] ロボットについて

[編集] 全体サイズ・重量・車体構成

コースに負圧で吸着する(吸引機構を備える)車両構成、コースの側壁を利用して走行する車両構成、コースを損傷する車両構成は禁止されている。吸引機構を備える車両は2003年度より禁止であるが、2002年度の全国大会では一般の部の優勝、準優勝を獲得している。
全幅は300ミリ以内、全高は35ミリ以上150ミリ以内の規定があるが、全長に関する規定は無い。
最低地上高の数値指定は無いが、コース走行時において 7度の坂道に入るときおよび抜けるときにタイヤとセンサ以外がコースに接触しない車体構成が必要である。ただし2輪式車両で必要となる車輪以外のコース接触部(ルール上タイヤとみなされる)の付加および静電気対策用のコースへの接地線の付加は、コースを傷付けない範囲で認められている。
重量に関する規定は無いが、700～1,000グラムの範囲に入るロボットが多い。
構成材料に関する規定は無い。

[編集] アクチュエータ・駆動方式

初期の大会においては、車輪を左右に1個ずつ使用し、回転差でロボットの走行軌跡を曲げる2輪式が多数派であったが(マイクロマウス競技では未だ主流である)、その後は急速に現代の自動車と同様、2つの操舵輪を付加した4輪式が広がり主流となっている。
ロボットのアクチュエータとしてはいわゆるDCブラシモータが広く用いられ、モータの出力を減速機を通して車輪を駆動し走行する形態が主流である。4輪式においては走行用アクチュエータと操舵用アクチュエータが別となるが、操舵系アクチュエータは、ラジコン用のサーボモータ製品をそのまま利用するか、一部を改造して使用するか、あるいは独自にモータと減速機を用いて構築するかという様に、参加者によって選択肢の差異がある。性能を追求する参加者ほど、より後者の選択肢を採る場合が多い。
、4輪式の駆動方式としては二輪駆動、四輪駆動の各形式が存在し、モータの使用個数およびその前後配分は参加者毎に特徴があるところであるが、年々競技が高速化していることに伴い、走行タイムの短縮を追求する参加者は加減速性能に優れた四輪駆動を選択する場合が多い。
高校生の部においては、走行用アクチュエータにはマブチモーター株式会社製のモータ RC260RA18130 にマイコンカーラリー実行委員会が刻印を施した指定モータを使用する規定があり、モータの改造も認められない。
走行用アクチュエータおよび車輪を走行スタート前に駆動することは認められない。

[編集] 電源

電源としては、単三型アルカリ一次電池、または公称出力電圧が1.2ボルトの単三型二次電池を最大8本まで使用できる。リチウム二次電池、オキシライド乾電池等は使用できない。
電源電圧を引き上げる昇圧の技術を用いることは認められている。
電気二重槽コンデンサなど上記電池以外の大容量蓄電デバイスに関しては、公称容量が1ファラッド(1F)以上である製品の使用を禁止する規定がある。

[編集] センサ関連

コース中央ラインを認識するセンサとして、赤外線をコース上に投光して反射光を赤外線センサで検出する方法、撮像素子を用いる方法などが存在するが、大会当初から多く用いられているのは前者の赤外線センサを用いる方法である。しかし赤外線センサの数やセンサ出力の扱い(ディジタル値に変換して処理するか、アナログ値として処理するか)に関しては参加者間で様々なパターンがあり、各人のノウハウや意思が色濃く反映されている要素である。
走行コース上にカーブが多数存在するため、ラインを認識するセンサをどのように運用するのかは重要な検討事項である。2輪式ロボットにおいては、車体に複数のセンサを進行方向と直角に並べて固定し、車体に対するコース中央ラインの位置から車体を曲げるべき角度を計算して、最終的に左右輪の回転差に反映することが基本となる。一方4輪式ロボットにおいては、2輪式より高速走行が可能であるために、ほとんどのロボットは車体にセンサを固定せず、カーブの曲がり具合に応じてセンサ位置を左右に移動するための構造を備えることで、コース中央ラインへの追従性向上を図っている。センサ位置移動の実現方法としては、センサをアームを介して操舵機構と静的に結合し、現在の舵角とセンサで得たコース中央ラインの位置から新しいセンサ位置を操舵角と共に設定する手法が多数派を占めるが、センサを操舵機構と静的に結合せず、両者を独立して駆動できる形態も登場している。
その他のセンサとして、速度/加速度/距離等を測定するためのロータリーエンコーダについても採用する参加者が多く、登り坂道の頂点でジャンプしたり直線からカーブへの突入でコースアウトすることを回避したり、加速度や角速度などの物理量を制御に利用するために、さらに複数のセンサを追加している参加者も多い。
センサとセンサ位置の移動機構を結合するアームとしては、材料には下敷きやファイルなど文房具の類から塩ビなどのプラスチック、カーボン材料、薄い金属板まで多様な材料が使用され、長さ、厚さ、幅などの寸法も各参加者が独自のノウハウと共に工夫を凝らしており、重要な設計上のポイントになっている。2005年度よりこの部分のコース接触が明示的に禁止となったため、比較的硬い材料を選択する参加者が増えている。
2006年度の大会より追加されたスタートバーを用いた自動スタートに対応するためには、新たなセンサの追加が必要になる。ロボットの先端に近接型の赤外センサを用いたり、検出距離の長い反射型赤外センサやPSD素子を用いたセンサを用いるなど複数の形態が予想される。

[編集] マイコン

マイコンカーラリー実行委員会が使用を義務付けているマイコンボード(支給CPUボード)を必ず使用しなければならない。
現在入手可能な支給CPUボードには、ルネサステクノロジ製のフラッシュメモリ内蔵MCU H8/3048F-ONE が使用されている。
支給CPUボードを2枚以上使用することも可能であり、1枚以上使用していれば他のマイコンを併用することも可能である。ただし支給CPUボードに切断などの加工を施すことは認められていない。

[編集] タイヤ

全体サイズの規定を満たす限り、タイヤ使用本数、サイズに関する制約は無い。またこの節はタイヤに関する項目であるが、無限軌道を用いた走行方式や足で歩行する方式も自由に使用でき、少数ではあるが実際にこれらを用いる参加者も存在する。
過度に粘着性の高いタイヤは事実上使用できない。詳細は車検時の検査項目を参照のこと。
タイヤの直径としては、車軸位置と重心位置の関係改善のためには大径タイヤが望ましいが、見た目の低さ、全体サイズ、操舵機構、モータの出力トルクや減速機構などを考慮した結果、比較的小径のタイヤを用いる参加者が多い。しかしタイヤの直径は年々拡大傾向にある。
タイヤの幅としては、クランク路の走行時にコースから落ちて失格となり難い点、クランク路を高いスピードで通過しやすい点を優先した結果、幅の広いタイヤを用いる参加者が多い。
タイヤの素材としては大会初期から中期の段階ではゴムタイヤ、型で形成したシリコンタイヤが多く見られたが、その後導電性シリコンの薄いシートをタイヤ表面に使用することが主流となり、基材としてスポンジの類を採用する参加者が多くなっている。
タイヤのホイールについては、あまり目に付かないが、一部には重要な競争要素やアイデア要素と認識されており、ラジコン用のホイール、旋盤で金属を削りだしたホイール、カメラのフィルムケースを使ったホイール、塩ビパイプを使ったホイール、ラップなどの紙芯を使ったホイールなど多様なホイールが見られる。年を追うごとにタイヤ全体の真円度、回転バランスが重要となっている上、タイヤの径や柔らかさの理想追求も続いているためか、ホイールが毎年変わっている参加者も多数存在する。

[編集] 車検時の検査項目

下記の項目は、確実に目視で確認できなければ車検を通過できない点に注意が必要である。

支給CPUボードを1枚以上使用していることを確認できるか
高校生の部の場合、全ての走行用アクチュエータが指定モータであることを確認できるか
電池の種別表記を1本以上確認できるか、総使用本数が8本以下であることを確認できるか
坂道通過におけるタイヤとセンサ以外のコース接触が無いか
タイヤに規定を超える粘着性が無いことを指定の検査用紙を用いて確認できるか
- 全てのタイヤを指定の検査用紙裏面の上に3秒間乗せ、持ち上げたあと3秒以内に全ての検査用紙が落ちなければならないという規定がある