月周回衛星「SELENE」の名前を考えよう!

　

　宇宙航空研究開発機構(JAXA)は10日、今年の夏にH-IIAロケット13号機で打上げる予定の月周回衛星「SELENE」の愛称を募集することを発表した。募集期間は4月11日から5月11日までの1カ月間。インターネットまたは葉書で応募を受け付ける。

　月周回衛星「SELENE」の軌道イメージ(提供:JAXA)

　SELENE(SELenological and ENgineering Explorer)は、「アポロ計画以来最大」(JAXA)という月探査計画。15種類もの観測機器を搭載し、月の起源や進化の謎を解き明かすことを目的としている。打上げ時重量は約3トンで、子衛星×2機も搭載している。

　愛称はひらがなに限られ、JAXA側で選考の上、1点を決定する。選ばれた愛称の応募者には、特典として、種子島宇宙センターでのSELENE打上げ視察ツアー(1組2名、2泊3日予定)がプレゼントされる(複数名いる場合には抽選)。発表は6月上旬ころとなる予定だ。

　月探査は世界的に盛り上がっており、日本以外にも、米国・中国・インドなど各国が独自の計画を持っている。このうち、中国の探査機は「Chang’e」(嫦娥:伝説上の天女)、インドは「Chandrayaan」(サンスクリット語で"月の乗り物")という名称が公表されており、これらに対抗する上でも愛称は重要となる(かも)。

　ちなみに、最近では陸域観測技術衛星「ALOS」の時も愛称の公募が行われており、このときは「だいち」という名称に決まった。これまでの主な衛星の愛称がJAXAのプレスリリースに掲載されているので、考える際の参考にするといいだろう。

コンピュータアーキテクチャの話 (70) 演算器の設計

　

　コンピュータは電子計算機と訳されており、計算する機械である。計算機が実行する演算は、四則の数値演算以外にも、ビット毎のAND、OR、NOTなどをとる論理演算やシフト演算などがある。また、数値演算に限ってみても計算を行う対象は整数と浮動小数点数がある。

　更に、最近のプロセサでは、一般的な論理演算や数値演算だけではなく、グラフィックスの処理などを高速化するための演算が追加されたり、暗号処理を高速化するための多桁の整数乗算などを高速化する演算などがサポートされたりするようになって来ている。

　しかし、何と言っても基本となるのは整数の加減算であり、数値演算に用いられるだけでなく、ロード/ストア命令のアドレス計算や分岐命令の分岐先アドレスの計算にも専用の加算器が使われており、高速に加算を実行することはコンピュータの高速化にとって極めて重要である。と、いうことで、加算器の高速化に関しては長い研究の歴史があり、多くの論文が発表されている。

　この演算器の設計シリーズでは、まず、この高速加算器を取り上げ、引き続き、乗算器などのその他の演算器の設計を取り上げていくことにしたい。

加算器 (Adder)

　次に示す論理回路図は、1ビットの2進数をキャリー込みで加算する1ビットの加算器で、フルアダーと呼ばれる。

　1ビット フルアダー回路

　論理図のXORゲート 1で、AとBの和を計算し、更にXORゲート 2で、C-inとの和を計算しており、これがその桁の和(Sum)となる。一方、この桁の計算から桁上がり(Carry)が出るのは、A、B、C-inの少なくとも二つが"1"の場合であり、NANDゲート 3はAとC-inが双方とも"1"の場合を検査し、NANDゲート 4はBとC-in、NANDゲート 5はAとBが"1"になっていると"0"を出力する。NANDゲート 6は入力の一つ以上が"0"であると"1"を出力するので、A、B、C-inのいずれか2つが"1"となっている場合にC-outが"1"となり、桁上がり信号を生成している。

　1ビットだけの加算ではほとんど役には立たないが、この1ビット加算回路を桁数分だけ並べて、小学校で習った2桁以上の足し算のように、最下位の桁を足し、桁上がりを含めて次の上位の桁を足すという操作を繰り返せば多ビットの加算を行うことが出来る。この方式で多ビットの加算を行う回路を次の図に示す。

　n+1ビット リップルキャリーアダー

　最下位ビットのA0、B0とC-inをフルアダーで加算し、その桁上がりを次の桁のA1、B1との加算のC-inとし、更に、その桁上がりをA2、B2に加算のC-inとし、というように最上位ビットまで繰り返してキャリーを伝播させて行く。このキャリーの伝わり方が、水面に石などを放り込んだときにさざ波(Ripple:リップル)が伝わるのに似ているので、この形式のアダーはリップルキャリーアダーと呼ばれる。

　この方式は、昔、小学校の算数で習った足し算の2進数版をハードウェアに置き換えただけであり、原理的に、非常に分かり易いのであるが、最下位のC-inから結果のC-outに至るまで、桁数分のフルアダーを信号が通過する必要がある。桁数が4ビットとか8ビットであれば問題無いが、32ビットとか64ビットの加算となると、この信号の伝搬遅延時間が問題となる。

　あまり頻繁に使われない演算であれば、計算に多少時間が掛かっても性能に大きな影響は無いが、加算は使用頻度が高く、加算結果を次の命令で使用するという使い方が多いので、加算は1クロックサイクルで演算が完了するように作るのが普通である。

　最近のマイクロプロセサではキャッシュメモリ用のSRAMのアクセスや、アウトオブオーダ実行のための制御回路などの複雑な回路があり、これらの部分の遅延もクロックサイクルを決める要素となっているが、昔は加算器が一番複雑な論理回路であり、加算器の遅延時間がプロセサのサイクルタイムを決めていた。このため、プロセサのクロック周波数向上のためには加算器の高速化が重要なテーマであり、多くの研究がなされている。

NECエレ、180Aの大電流に対応した車載向けパワーMOSFET「NP180N04」を発売

　

　NECエレクトロニクスは10日、180Aのと大容量の電流に対応した車載向けパワーMOSFET(金属酸化膜電界効果トランジスタ)「NP180N04」のサンプル出荷を開始した。本製品は、車載向け半導体製品の国際規格であるAEC(Automotive　Electronics Council)-Q101のStress Test品質認証に準拠しており、最大175℃での動作を保障している。サンプル価格は350円。

　車載向けパワーMOSFET「NP180N04」

　大型車を中心とした電動パワーステアリングのハイパワー化が進んでいることから、高出力モータ向けに本製品を開発したという。本製品は、パワーステアリングをはじめとする高出力なモータの制御回路などで利用できる。

　パッケージのソース端子を従来の4本から5本に増加させることで、110Aまでの電流に対応した同社の従来製品と比較して、チップのON抵抗を15%低下させた。これにより性能が60%向上し、180Aの電流を流すことができるようになったという。従来はパワーMOSFETを並列に使用しなければ構築できなかった高出力モータを使用したシステムも、本製品1つで構築できるようになるという。

　また同社では、160Aまでの電流に対応した「NP160N04」シリーズ2品種も同時に発売した。価格は300円。

　なお、本製品は、4月18日～20日に幕張メッセで開催される「TECHNO-FRONTIER 第22回 電源システム展」で展示される。

DOS/Vパソコンのように組み立てられるロボットを

　

　「第10回 組込みシステム開発技術展」(ESEC)において、組み込みLinuxシステムなど、組み込み機器の開発メーカであるトラスト・テクノロジーは、ロボットシステムを簡単かつ安価に構築することができるロボモジュールの展示を行った(写真1)。基本構成はCPUモジュール、モータコントロールモジュール、通信モジュールの3つで、センサモジュールなども用意されている。これらを組み合わせ、付属のソフトウェアから動作をプログラムすることでロボットを構成するモータ制御機構を製作することができる。基本構成価格は3万8千900円。

　写真1 ロボットシステムを簡単かつ安価に構築することができるロボモジュール

　ロボットはさまざまな分野の技術を組み合わせた統合技術であるため、一から製作を行う場合、電子回路やソフトウェア、機構などに関する多くの知識と作業が必要となる。これからロボットの学習を始めるユーザにとって、最初からこれらすべてを学ぶことは負担が大きい。そこで同社は、極力短時間で手間をかけずに製作を行うことができて、まずはロボットに触れることから学習をスタートできるキットの開発を行った。ロボットの製作に当たって、ユーザの負担が大きい部分をモジュール化して、コントロールを行うソフトウェアと共に提供を行う。

　基本構成は、16ビットCPU(Analog Devices製ARM7コア搭載「ADUC7026」)を搭載したCPUモジュール(写真2)、モータドライバモジュール(写真3)、Windows系パソコンとBluetooth通信を可能にする通信ボード(写真4)からなる。これらとサーボモータなどアクチュエータを組み合わせればユーザオリジナルのモータ制御機構を構築することができる。

　写真2 CPUモジュール – CPUにはARM7コアを搭載したAnalog Devices製の「ADUC7026」を採用

　写真3 モータドライバモジュール

　写真4 Windows系パソコンとBluetooth通信を可能にする通信ボード

　そのほか、拡張ボードとして赤外線距離センサモジュールや、DCモータ制御用Hブリッジボード(写真5)なども用意している。また、今後は増設I/Oボードの提供も予定している。ロボットの動作プログラムに関しては、設計したロボットを画面上に3D表示し、ロボットのモーションデータを作成することができるソフトウェア「TrustMotion」(写真6)が付属する。時期は未定だが、安価なサーボモータ(写真7 : 価格は3,000円～4,000円を予定)の発売も予定しているという。またC言語コンパイラであるGCCと、ロボットの動作生成に関するAPI「ロボットAPI」が提供されるので、学習が進めばより自由にロボットの設計を行うこともできる。

　写真5 DCモータ制御用Hブリッジボード

　写真6 ロボットのモーションデータを作成することができるソフトウェア「TrustMotion」

　写真7 今後発売を予定しているサーボモータ – 価格は3,000円～4,000円を予定

　同社の代表取締役である山本氏によると、大学、高専などで使用される学習教材として利用されている。また、安価にシステムを構築できるため、メカトロニクスや組み込み開発に関する企業の新人研修用などでも需要があるという。

はじめvsはじめ! VisiONとの三つ巴になったロボカップ2007国内大会 (1) どっちを見てもはじめ

　

　自律ロボットによるサッカー競技会「ロボカップ」の国内大会(ジャパンオープン)が3日から5日までの3日間、大阪市のインテックス大阪にて開催された。ゴールデンウィークの恒例行事となりつつあるロボカップであるが、今年も名勝負ぞろいの熱いイベントとなった。

　会場となったインテックス大阪。ロボカップではこの中の2号館が使用された

　会場のレイアウト。ロボカップと一口に言っても、いろんなリーグがある

　ロボカップは、2050年までに人間の世界チャンピオンチームに勝つロボットを開発することを目標としているプロジェクト。2足歩行ロボットによる「ヒューマノイド」リーグのほか、車輪駆動の機体を使った「中型」「小型」、AIBOをプラットフォームとした「4足」、実機を利用しない「シミュレーション」の各リーグがあり、それぞれで競技が行われて優勝が争われる。

　今年は、シミュレーションのサブリーグとして、シチズンが開発した超小型ロボット「Eco-Be!」を利用する「マイクロロボット」が新設されたほか、ヒューマノイドリーグでは身長80cm以上のTeenSizeクラスにおいて、ペナルティーキック戦も行われている。以下、筆者が注目した競技を順次紹介していきたい。

　TeenSizeクラスでは、ロボットはもはやこんな大きさ

　一方、小さいのはマイクロロボットリーグの機体

今年の注目ロボットは?

　来場者からの注目度の高さでいえば、やはりナンバーワンはヒューマノイドリーグだろう。2足歩行ロボット自体がまだまだ一般には珍しいこともあるだろうが、ぱっと見て何をやっているかが一目瞭然なので、感情移入がしやすい。プレーの1つ1つに歓声があがったり、どっと笑いが起きたり、終始賑やかに進められていたのがこのリーグである。まずは、身長60cm以下のKidSizeクラスから見ていこう。

　観客席はいつも満席

　ところで事前に1つ留意しておいてほしいのは、参加ロボットは全て「自律型」であるということだ。というのはつまり、ロボットが常に自分で自分の状況を考えて動いているということで、ラジコンを使って人間が操作しているわけではないのだ。時にはヘンな行動をとることもあるが、じつはちゃんとプレーしているだけでも「かなりすごいこと」なのである。

　そういった中、機体の運動性能の高さで群を抜いていたのは、やはりというか、ROBO-ONEでの経験も豊富な坂本元氏(はじめ研究所)が開発した「はじめロボット」だ。昨年の大会でもドイツの「Darmstadt Dribblers」(Darmstadt工科大学)と組んで、優勝した「Team OSAKA」(ヴイストン、ロボ・ガレージ、大阪大学など)を苦しめたが、今年はそのDarmstadtに加え、新たに千葉工業大学もはじめロボットを使って参戦。2on2の予選リーグでは、はじめロボット同士の対決が見られる一幕もあった。

はじめロボット対決!

　「CIT Brains and Hajime Robot」は、千葉工業大学・ブレインズ・はじめ研究所による合同チーム。ベースとなる機体はDarmstadtと同じ「はじめロボット18号機」だが、自律制御のためのコンピュータはそれぞれ異なっており、CIT Brainsはブレインズ製のCPUボード(PowerPC系のCPUとのこと)を搭載。一方、DarmstadtはAMD Geode(500MHz)を搭載するPCボードを背中に積んでいた。

　Darmstadtの背中には、Geode搭載のPCボードが積まれている。ちなみに昨年はPDAを搭載していた

　どちらも機体ははじめロボットなので、ハードウェアの性能は一緒。勝負はソフトウェア次第となるはずだが、動きを見てみると、明らかにCIT Brainsのほうが速く動いている印象だった。これについて両者に理由を聞いてみると、搭載したボードがDarmstadtのほうが重いため、ということだった(そのほかハードウェア的には、足裏の形状やカメラの個数などの違いもある)。

　DarmstadtとCIT Brainsの一戦。フィールド上の4体全てがはじめロボットとなり、かなり分かりにくい構図に

　2on2は全6チームが出場。はじめロボットの2チームはどちらもBグループになってしまうという組み合わせに

　この試合、序盤に先制したのはDarmstadtだったが、CIT Brainsは0-2の劣勢から一気に逆転。後半、Darmstadtの猛攻を凌ぐと、さらに追加点を奪って5-2で快勝した。予選はA/Bグループ各3チームずつで争われ、すでに両チームとも決勝トーナメント進出は決めていたが(各リーグの上位2チームずつが進出)、CIT BrainsはこれによりBグループの1位通過を決め、Aグループ1位のTeam OSAKAとは決勝まで当たらずにすむ優位な位置につけた。

動画

Darmstadtがボールを奪って先制。ゴール右隅に決まるしかしCIT Brainsが反撃を開始。かなり歩行は速い 動画

後半、Darmstadtは怒濤の攻撃を見せるもゴールならずDarmstadtはインサイドキックも実装していた