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システム構成

Orion（4 輪オムニホイール）と Atlas（4 輪ステアリング）の共通の制御経路と、Orion で確認した機能構成をまとめる。CM4 から送るパケット定義は共通で、物理通信、Main のハードウェア、車輪への指令変換、フィードバック、停止動作、MCU 更新は機種ごとに扱う（機種別の対外仕様）。

共通の制御経路

AI PC（crane） → CM4 → 機種別 Main → 車輪・周辺機器
              位置指令を速度指令へ変換

CM4 は mode 4 の位置指令を受けると位置制御ループを閉じ、mode 3 の速度指令を Main へ送る。コマンドのレイアウトとフィールドの意味は 制御パケット、Orionの内部実装・操作はMain開発文書を参照。Atlasの未記載範囲は下記に示す。

CM4 と Main の通信

機種 物理通信 状況・参照先
Orion UART 現行実装。CM4 通信の設定と受信・送信処理
Atlas SPI 採用予定。詳細は下記の記載範囲を参照

OrionのUART指令はCM4→Mainパケットに従う。4WSのSPI転送単位は設計案で扱う。Atlas の SPI の転送手順はこの文書群には未記載であり、現行の Orion 用 UART ブリッジの対応範囲とは区別する。

Atlasの記載範囲

Atlasは4輪ステアリング機体で、CM4とのSPI通信を採用予定とする。転送手順・通信条件、Mainの制御周期・起動・保護条件、駆動・操舵への変換とオドメトリ、停止動作、FW更新・導入・診断は対象実装と未照合であり、現行仕様として定義していない。Orionの対外仕様から推測しない。未実装の通信・制御案は設計案で扱う。

Orion の機能構成

以下の図と構成表は Orion の記録である。Main と各機能基板の役割と通信経路を示す。

flowchart LR
    AI[機体外: AI PC（crane）/ ホスト PC] -->|Wi-Fi UDP| CM4[機体内: CM4]
    CM4 <-->|UART| MAIN[Main 制御基板]
    IMU[IMU] --> MAIN
    SW[操作スイッチ] --> MAIN
    MAIN --> BZ[ブザー]
    MAIN <-->|CAN| RBLDC[右 BLDC 基板]
    MAIN <-->|CAN| LBLDC[左 BLDC 基板]
    MAIN <-->|CAN| SUB[Sub 基板・センサ系]
    MAIN <-->|CAN| POWER[電源・キッカー系]
    RBLDC --> RWH[右前・右後の車輪]
    LBLDC --> LWH[左前・左後の車輪]

Orion の制御機と役割

機器 役割 主な接続
AI PC（crane） 機体ごとの指令（位置指令 mode 4、または速度指令 mode 3）を送る。CM4 経由で届くテレメトリを受ける。 Wi-Fi、UDP
CM4（Raspberry Pi CM4） 指令を受け、位置制御と Main への転送を行う。Main のテレメトリを UDP で配る。ローカルカメラでボールを検出する。MCU のファームウェア更新を指示する。詳細は CM4開発文書。 Wi-Fi、UART
Main 制御基板（STM32G474） 姿勢とオドメトリの更新、速度と車輪角度の制御、停止判定、各機能基板への指令生成を行う。IMU と操作スイッチを読む。周期と通信設定は 基板仕様、操作は Orion 概要。 CM4、IMU、操作スイッチ、CAN
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、温度などを返す。 CAN
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。 CAN
Sub 基板・センサ系 Main にボール検出とマウスセンサの情報を返す。Main はドリブラーへの指令も送る。センサとドリブラーの基板上の実装位置は確認していない。 CAN
電源・キッカー系 電源の ON/OFF、保護パラメータ、キッカーの充電・電圧・種類・発射の指令を受け、バッテリ電圧、キャパシタ電圧、温度などを返す。 CAN

通常制御のCAN IDとバス割当はOrion CAN契約を参照する。ファームウェア更新で指定するバスとノード番号は MCU ファームウェア更新 を参照。

Orion の制御と情報の流れ

  1. crane は機体ごとの指令を Wi-Fi で CM4 へ送る（制御パケット）。
  2. CM4 は位置指令なら位置制御ループを閉じ（位置制御）、共通パケットを Orion の UART で Main へ送る。
  3. Main は 制御周期 ごとに指令、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と位置の推定に使う。
  4. Main は目標並進速度に加速度制限をかけ、旋回指令と合わせて 4 輪の目標回転に変換する。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 で左右の BLDC 基板へ送る（Orion 速度制御）。
  5. キッカーとドリブラーは、指令とボール検出をもとに制御する。Main は電源系、モータ、エラーの状態を CAN で受け、テレメトリにして CM4 へ返す（フィードバックパケット）。
  6. 通信途絶やビジョン喪失のときは、走行出力を止める（停止判定）。

機体番号とネットワーク

以下は現行 CM4 実装の機体番号とネットワーク設定である。フィードバックの経路と機器間の通信は Orion で確認したものを示す。

機体番号Nは制御対象のロボットID（0～10）を表し、CM4のIPは192.168.20.(100 + N)とする。CM4内でのID検出とホストツールの走査範囲はCM4実装文書を参照する。

用途 宛先 方向・形式
制御指令 192.168.20.(100 + N):12345 crane → CM4、UDP ユニキャスト 65 B（制御パケット）
位置制御設定 192.168.20.(100 + N):12350 crane → CM4、UDP ユニキャスト 28 B（位置制御設定パケット）
CM4 制御 API http://192.168.20.(100 + N):8000 ホスト → CM4、HTTP（CM4制御API）
カメラ API http://192.168.20.(100 + N):8001 ホスト → CM4、HTTP（カメラAPI）
カメラ座標 224.5.10.(100 + N):(5100 + N) CM4 → ホスト、UDP multicast、文字列
robot feedback 224.5.20.(100 + N):(50100 + N) CM4 → crane・ホスト、UDP multicast 128 B（フィードバックパケット）
Orion の CM4 ↔ Main UART 通信設定、指令・テレメトリ の配置を参照

例：機体番号 10 の CM4 は 192.168.20.110。feedback は 224.5.20.110:50110、カメラ座標は 224.5.10.110:5110 に出る。

シミュレーション時のポートは シミュレーション を参照。

CM4内の通信

UARTデバイス、feedbackのloopback転送、ローカルカメラUDPはCM4 repo内の構成であり、ブリッジとカメラを参照する。未実装の共通状態パケットは現行のポート一覧へ含めない。