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機体内の制御機構成

この文書は本リポジトリの Main ファームウェアから確認できる制御機の役割と通信経路をまとめる。基板間の物理配線、電源系統、各基板の回路構成は回路図で照合していない。CAN の接続先は送信先 ID と受信情報から見た論理構成である。

全体像

flowchart LR
    AI[機体外: AI PC / カメラ系] -->|Wi-Fi| CM4[機体内: CM4 上位計算機]
    CM4 <-->|USART2 1 Mbps| MAIN[Main 制御基板<br/>STM32G474RETx]
    IMU[ICM20602 IMU] -->|SPI1| MAIN
    SW[DIP / アナログスイッチ] -->|GPIO / ADC5| MAIN
    MAIN -->|TIM5 PWM| BZ[ブザー]
    MAIN <-->|FDCAN1 約 1 Mbps| CAN1[CAN1: 右 BLDC / Sub / 電源系]
    MAIN <-->|FDCAN2 約 1 Mbps| CAN2[CAN2: 左 BLDC / 電源系]
    CAN1 --> DRV[ドリブラーモータ]
    CAN1 --> SENS[ボールセンサ / マウスセンサの情報]
    CAN1 --> RWH[右前・右後の車輪]
    CAN2 --> LWH[左前・左後の車輪]
    CAN1 --> KICK[キッカー / 電源制御]
    CAN2 --> KICK

図の CAN1 側に示した Sub、ボールセンサ、マウスセンサの物理的な結線先は未確認。Sub のファームウェア照会は CAN1 宛てだが、通常のセンサ受信処理は CAN1/CAN2 の両方に共通である。

制御機と役割

機器 Main ファームウェアから分かる役割 主な接続
CM4 上位計算機 AI PC からの速度、目標角度、キック、ドリブル、ビジョン情報を Main に渡し、Main の状態情報を受け取る。ファームウェア更新も指示する。 Main と USART2、1 Mbps
Main 制御基板（STM32G474RETx、Cortex-M4F） 500 Hz で姿勢・オドメトリ更新、速度・車輪角度制御、停止判定、CAN 指令生成を実行する。IMU と操作スイッチを直接読む。 SPI1、ADC/GPIO、USART2、FDCAN½
右 BLDC 基板 右前・右後の車輪モータを駆動し、回転速度、エンコーダ角度、電流、温度等を返す。 FDCAN1、走行指令 ID 0x100/0x101
左 BLDC 基板 左後・左前の車輪モータを駆動し、同様のフィードバックを返す。 FDCAN2、走行指令 ID 0x102/0x103
Sub 基板 ファームウェア上は独立した CAN ノードとして扱う。ボール検出とマウスセンサのデータを Main が CAN で受信する。ドリブラー指令は CAN1 の ID 0x104。センサとドリブラーの基板上の実装範囲は未確認。 Sub のファームウェア照会は FDCAN1、node 4
電源基板 電源の ON/OFF、保護パラメータ、キッカーの充電・電圧・種類・発射指令を受ける。バッテリ電圧、キャパシタ電圧、温度等を返す。 指令は FDCAN½ の両方へ送信、node 100

走行用 BLDC のファームウェア照会先は右が CAN1/node 16、左が CAN2/node 17。電源基板は両バスに照会する。キッカーと電源指令も両バスに同じ CAN ID を送る。実際にどちらのバスで各基板が受けるかは回路図での確認が必要。

制御と情報の流れ

  1. AI PC からの指令は Wi-Fi 経由で CM4 に届き、CM4 が USART2 で Main に送る。通常の制御指令は 72 byte、Main からの通常テレメトリは 128 byte である。
  2. Main は TIM7 の 2 ms 周期で指令・モードスイッチ・通信状態を確認する。IMU の yaw、車輪エンコーダ、マウスセンサ、外部ビジョンを姿勢・位置推定に使う。
  3. Main は目標並進速度を加速度制限し、旋回指令と合わせて 4 輪の目標回転へ変換する。各輪の角度と回転速度のフィードバックから出力を計算し、CAN で左右 BLDC 基板へ送る。
  4. キッカーとドリブラーは指令とボール検出を基に制御する。Main は電源系の状態、モータ状態、エラーを CAN で受け取り、CM4 へテレメトリを返す。
  5. 停止要求、CAN 受信タイムアウト、エンコーダ初期化未完了、非常停止指令、ビジョン喪失などでは走行出力を停止する。エラー時は電源制御も停止側へ移す。

速度指令から各輪の CAN 出力までのブロック図は hw_control.md を参照。

保守・更新経路

Main には基板専用ブートローダーと A/B アプリ領域がある。CM4 は USART2 経由で Main の更新を要求できる。Sub、左右 BLDC、電源基板の更新時は、Main の fw_update_gateway.c が CM4 からの要求を FDCAN½ の対象ノードへ中継する。更新中は通常の制御周期とブザー PWM を停止する。詳細は bootloader.md を参照。

根拠と確認範囲

  • MCU、ピン、通信設定: board_spec.md、G474_Orion_main.ioc
  • 車輪、ドリブラー、電源・キッカーの CAN 送信先: Core/Src/actuator.c
  • CAN フィードバックと Sub の受信状態: Core/Src/can_ibis.c
  • 500 Hz 制御、CAN 受信、ファームウェア照会先: Core/Src/main.c
  • 制御計算と停止条件: Core/Src/state_func.c、Core/Src/stop_state_control.c、hw_control.md
  • 上位指令の意味: ai_cmd_definition.md