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Si2009アイビ2号開発レポート

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Si2009アイビ2号開発レポート

  1. 1. アイビ 2 号開発レポート 2009/12/25 株式会社アイビス 神谷栄治
  2. 2. はじめに <ul><li>ロボット暦 2 年目 </li></ul><ul><li>個人で休日に開発 </li></ul><ul><li>つくばチャレンジ 2008 から参加( 2 回目) </li></ul><ul><li>昨年のアイビ 1 号をベースにアイビ 2 号として参加 </li></ul><ul><li>昨年は、センサとして LRF とロータリーエンコーダのみ </li></ul><ul><li>昨年は、回路の暴走で記録 2m </li></ul>
  3. 3. 外観
  4. 4. スペック 名前 アイビ 2 号 バッテリ LiPo 7.4V 4200mAh NiMH 18V 1600mAh サイズ 400mm x 400mm x 1120mm 重量 6.0 k g モーター タミヤ ギヤードモーター 540K/75 x2 ( ギヤ比 1:75) PC パナソニック Let's note Y5 CPU:1GHz, Mem:1.5Gbyte マイコン AKI-SH7125 ロータリーエンコーダ ネミコン OVF-2MD x2 4000 カウント / 回転 計測輪:直径 55mm 車輪幅 25mm 分解能 0.0432mm/ カウント LRF 北陽 Top-URG x1 距離 30m 270 度 10Hz 地磁気センサ TDS01V ( 秋月 ) GPS アンタレス 48USB
  5. 5. 台車 <ul><li>台車は、 t3mm の ABS 板を NC フライス( MODELA MDX-20) で切削 </li></ul><ul><li>左右動輪、前後従輪(元々屋内向け) </li></ul><ul><li>円柱型にすることで超信地旋回でぶつかることはない </li></ul><ul><li>直径 40cm にすることで人が通れる場所は大体通ることができる </li></ul><ul><li>6.0kg と軽量のため個人での開発が容易 </li></ul><ul><li>室内での試験が気軽にできる </li></ul>
  6. 6. 台車外観 Alibre Design で設計
  7. 7. 動輪、従輪 <ul><li>動輪は、直径 20cm 、車輪幅 21mm </li></ul><ul><li>t3mm の ABS 板を NC フライスで削りだして張り合わせた </li></ul><ul><li>従輪は、直径 50mm のキャスター </li></ul><ul><li>段差は 15mm ほどまで対応 </li></ul>
  8. 8. ロータリーエンコーダ <ul><li>動輪とは別の計測輪、直径 55mm 、幅 25mm </li></ul><ul><li>昨年は自家製 分解能 0.741mm/ カウント </li></ul><ul><li>今年はネミコン OVF-2MD 。分解能 0.0432mm/ カウント </li></ul><ul><li>オドメトリ精度向上 </li></ul>
  9. 9. ロータリーエンコーダ外観 OVF-2MD(3,650 円 ) タミヤのタイヤ (567 円 )
  10. 10. 地磁気センサ <ul><li>TDS01V (秋月、 6,800 円) </li></ul><ul><li>USB 仮想シリアルで PC に接続 </li></ul><ul><li>場所によって 10 度~ 30 度ずれる </li></ul><ul><li>10Hz </li></ul>
  11. 11. 地磁気センサキャリブレーション キャリブレーション機能を自作
  12. 12. GPS <ul><li>アンタレス 48USB(23,800 円 ) </li></ul><ul><li>USB 仮想シリアルで PC に接続 </li></ul><ul><li>内部ファームは、 u-blox </li></ul><ul><li>WAAS/MSAS 対応 </li></ul><ul><li>並列 16 チャンネル </li></ul><ul><li>即位感度 継続測位 :-150dBm </li></ul><ul><li>つくばで使ってみた感じ ±3m </li></ul><ul><ul><li>GPS だけで完走は無理な精度 </li></ul></ul>
  13. 13. ナビゲーション 試走の GPS ログ ( 水色 ) をなぞるように大域移動経路 ( 青 ) を入力
  14. 14. センサ統合 <ul><li>オドメトリ(ロータリーエンコーダ) </li></ul><ul><li>オドメトリ+地磁気 </li></ul><ul><ul><li>併進成分=オドメトリ、旋回成分=地磁気 </li></ul></ul><ul><li>統合デッドレコニング </li></ul><ul><ul><li>オドメトリ+地磁気+ GPS </li></ul></ul>
  15. 15. オドメトリ+地磁気 オドメトリ(オレンジ) オドメトリ+地磁気(緑) 段差がなく 18m 程度では、オドメトリ+地磁気より、 オドメトリのみの方が精度がでている
  16. 16. オドメトリ+地磁気と GPS 道のり 344m 矩形。オドメトリ+地磁気と GPS を比較。 オドメトリ+地磁気の方が精度が出ている。 GPS は 10m ほど北の軌跡になってしまっている(ビルあり) GPS (水色) オドメトリ+地磁気(緑)
  17. 17. 統合デッドレコニング <ul><li>統合自己位置推定では、オドメトリ+地磁気の位置と GPS の位置の差を制御周期毎( 100ms )に、 0.1%GPS 側へ寄せる </li></ul>
  18. 18. トライアル走行第 1 走 統合デッドレコニング(黄緑)はほぼ正しそう
  19. 19. 障害物回避 <ul><li>2007 年大島式をベース(壁沿いなし) </li></ul><ul><li>矩形幅(通過幅) 1200mm (左右のクリアランス 400mm ) </li></ul><ul><li>矩形高さ 1000mm (減速域、減速時速度 100mm/s ) </li></ul><ul><li>矩形高さ 700mm 以下は回避対象 </li></ul><ul><li>矩形の旋回分解能は 1 度、範囲は ±90 度 </li></ul>
  20. 20. 障害物回避の図 <ul><li>次のウェイポイントの方向に進めるときは進む </li></ul><ul><li>その方向に障害物があるときは、旋回量の少ない方向を選ぶ </li></ul><ul><li>1 秒間、モータを前進させてもロータリーエンコーダで進んでいないと判断するときは 50cm バック </li></ul>ロボット 障害物 探索矩形 ( LRF の点の有無を調べる) 旋回分解能: 1 度 旋回範囲: ±90 度 判定周期: 10Hz 通過幅: 1200mm 減速開始: 1000mm 回避開始: 700mm
  21. 21. 結果 <ul><li>80m 地点で壁に衝突。予選落ち。 </li></ul><ul><li>長距離壁沿いを走ると徐々に壁に寄っていってしまうソフトウェア上の不具合 </li></ul><ul><li>統合デッドレコニングが大域移動経路に沿っていないバグ(オドメトリ+地磁気が大域移動経路に沿っている) </li></ul>
  22. 22. 来年に向けて <ul><li>来年は地磁気センサの代わりにジャイロを積みたい </li></ul><ul><li>昨年、 ICP を実装しているが精度不足で使用していないため、実用できるようにしたい </li></ul><ul><li>ハードウェア、回路はできるだけ触らず、ソフトウェアの試験の時間を増やしたい </li></ul>
  23. 23. Open Robot Framework <ul><li>近日中に Open Roboto Framework を公開(夏ごろからロボ仲間で実装中) </li></ul><ul><li>Toppers や RTmiddleware を相互補完 </li></ul><ul><li>最初のバージョンはマイコン側のみ </li></ul><ul><ul><li>マイコン側のプログラム開発で API を統一し、 CPU 非依存、ペリフェラル非依存にし、初心者でもマイコンプログラムができ、ソースの共有ができる。 </li></ul></ul><ul><li>ブログでお知らせします。 </li></ul>
  24. 24. さいごに <ul><li>ご清聴ありがとうございました </li></ul><ul><li>Blog: 「かみやんのロボット開発記」 </li></ul><ul><li>「かみやん」「ロボット」で検索! </li></ul>
  25. 25. Q&A <ul><li>Q1 走行方法のアルゴリズムに考え至った経緯など </li></ul><ul><ul><li>自己位置同定のオドメトリ+地磁気センサ位置と GPS の位置を統合する部分で,「制御周期ごとに, GPS 位置方向へ差分距離の 0.1% 補正する」というアルゴリズムは,トライアル前々日に実装した.思ったよりもうまく行ったと思う.障害物回避は,矩形回転で障害物のない方向へ移動するようにしたが,つくばチャレンジ 2007 の大島式をベースした.ただし,試験不足のため長距離壁沿いを走ると,少しずつ壁によっていく問題が発生しリタイアとなった. </li></ul></ul><ul><li>Q2  ロボットの開発に当たって,何に最も時間を費やしたか </li></ul><ul><ul><li>地磁気センサの選定と試験に思ったよりも時間がかかった.しかし昨年の台車と回路とソフトウェアが使えたため,昨年よりははかどった. </li></ul></ul><ul><li>Q3 ロボットの完成度は何%程度か,ご自分のお考えをご説明下さい </li></ul><ul><ul><li>60 %.ハードウェア,回路は安定してきた.ソフトウェアは基礎はできたが精度不足.来年は,ジャイロの追加とソフトウェアの精度アップをしたい </li></ul></ul><ul><li>Q4 完走できなかった理由は何か?具体的に何が問題となって完走が妨げられたか.それについてはどの程度予想されていたか </li></ul><ul><ul><li>具体的なリタイアの理由は,長い壁沿いを走ると少しずつ壁によってしまうソフトウェア上の不具合があり,壁にぶつかりリタイアとなった.屋外での試験が不足しており,屋内の短い壁では試験していた.他にも本来試験しなければならないことは多数あり,長い壁沿い問題は問題として認識していなかった. </li></ul></ul><ul><li>Q5 本チャレンジに参加して得られた最大の事柄は何であったか </li></ul><ul><ul><li>ロボット開発は,とても楽しい.ハードウェアとソフトウェアの統合した試験の難しさ. </li></ul></ul>

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