ROSでロボット開発中

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ROSでロボット開発中
~センサーデータ収集編~
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2018/08/29 けーすた！CASESTUDY! LIGHTNING TALK

自己紹介
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プロフィール
坂井雄斗(@YutoSakai6)
ROSCon行きます!
FGOの脱出ゲーム行ってきました!
経歴
Pythonで時系列データ解析
Robotシステム構築

問題
OPTiMで開発している
ロボットはどこで活用される?

問題
260.6
209.7
192.2
181.6
平成22度平成27度平成28度平成29度
人口[万人]
人口の推移
農林水産省: http://www.maff.go.jp/j/tokei/sihyo/data/08.html
ヒント1.

問題
西日本豪雨被害総額
約1197億円
産経ニュース：https://www.sankei.com/affairs/news/180722/afr1807220006-n1.html
ヒント2.

問題
品目労働時間(h) 時給換算(円/h)
575 591
1095 1223
1757 961
947 1298
1488 1364
1162 981
2983 489
時給換算表
ぱずーの農業日記：http://xn--98jxbh17co03s7oeww0eymj.jp/yasai-2-1159
ヒント3.

問題
青ネギ 575 591
きゅうり 1095 1223
なす 1757 961
大玉トマト 947 1298
ミニトマト 1488 1364
ピーマン 1162 981
ししとう 2983 489
ヒント4. 時給換算表

問題
農業
答え.

問題
農業
答え.
AI・IoT・Roboticsを活用

農業で活用するAI・IoT・ロボティクス
農業
データ収集遠隔支援農作業記録
IoT

農業
収穫時期予測収穫量予測害虫検知
AI

農業
Robot
見回り農薬散布収穫

スマート農業
https://smartagri-jp.com/
©1
©1: https://www.optim.co.jp/agriculture/

©2
©2: https://www.optim.co.jp/news-detail/24220

本題

本題
農業
Robot

本題
ROS?

ザックリROSとは
Robot Operating System
センサデータの
扱いが上手い!
オープンソース!

Robot Operating System
Ubuntu
Mac Windows

コードの中身は？
©1

Publisher Subscriber
Node
この2つを
用意する

Publisher
𝒚
𝒙
ロボットの
位置情報を
送信したい

Publisher
geometry_msgs/Pose2D
float64 x
float64 y
float64 theta
𝒚
𝒙
ロボットの
位置情報を
送信したい
メッセージタイプ

Publisher
float64 x
float64 y
float64 theta
値を代入
値を代入
値を代入
𝒚
𝒙
ロボットの
位置情報を
送信したい

Publisher
Master
名前を付けて
マスターに登録

Publisher
Master
名前を付けて
/agri_crawler/robot_2Dpose

Publisher
Master
名前を付けて

Subscriber
ロボットの
位置情報が
欲しい
Master

Subscriber
ロボットの
位置情報が
欲しい
ください
Master

/encoder
/imu
/agri_crawler/encoder
/agri_crawler/imu
/calc_odom
組み合わせることでシステムを構築

センサーデータを収集して障害物検知

©3: RobotShop: https://www.robotshop.com/jp/ja/rplidar-a2m8-360-laser-scanner.html
©3
RPLiDAR A2M8
測距センサ
360度
スキャン
測定範囲
0.15 – 12m

LiDAR周辺の障害物検知

rvizでLiDARのセンサデータを表示
点群データ

ROSでLiDARのセンサデータをecho
配列内に
大量のデータ

ROSでLiDARのセンサデータをecho
だいたい10/secの
勢いで流れてくる

速すぎて
追えない…
©1

配列内に入っているデータとセンサの関係
[359]
[89] [269]
[179]

[359]
[89] [269]
[179]
右側の
データが…

配列だと
全然わからない
©1

理解できる
形にしよう!
©1

[359]
[89] [269]
[179]
とりあえず
Θ欲しい

LiDARのセンサ情報を座標系で扱いたい
Θと𝒍の関係
X
Y
θ
𝒍
𝒊番目

Θはどうやってだす？
開始角度
角度の増加量
何番目のデータか
[i]

Θはどうやってだす？
開始角度
角度の増加量
＋
何番目のデータか
[i]
×

LiDARのセンサ情報を座標系で扱いたい
𝒊番目のΘと𝒍
X
Y
θ
𝒍
𝒊番目

あとは高校数学＆物理
たぶん

XY座標系に変換
𝑿 = 𝒍 × cos 𝜽
X
Y
θ
𝒍
𝒊番目
𝒀 = 𝒍 × sin 𝜽

左後 𝑿, 𝒀 = (+, −)
左前 𝑿, 𝒀 = (−, −) 右前 𝑿, 𝒀 = (−, +)
右後 𝑿, 𝒀 = (+, +)
X
Y

とてもわかる
©1

右後 𝑿, 𝒀 = (+, +)
右後ろの障害物について考える
X
Y

X
Y
点群を直線に

X
Y
𝒀 = 𝒂 ∗ 𝑿 + 𝒄を求める
点群を直線に

X
Y
𝒀 = 𝒂 ∗ 𝑿 + 𝒄を求める
最小二乗法
𝒂 =
𝒊=𝟏
𝒏
𝒙𝒊 − 𝒙 𝒚𝒊 − 𝒚
𝒊=𝟏
𝒏
𝒙𝒊 − 𝒙 𝟐
𝒄 = 𝒚 − 𝒂 𝒙
点群を直線に

LiDARから直線までの距離
X
Y
𝑑
障害物までの
距離が欲しい

LiDARから直線までの距離
X
Y
𝑑
点と直線の距離
𝒀 = 𝒂 ∗ 𝑿 + 𝒄
直線: 𝒂 ∗ 𝑿 + 𝟏 ∗ 𝒀 + 𝒄 = 𝟎
変換
点:原点 𝟎, 𝟎
𝒅 =
𝒂 ∗ 𝟎 + 𝟏 ∗ 𝟎 + 𝒄
𝒂 𝟐 + 𝟏 𝟐

X
Y
𝑑
計算の結果
障害物の
直線:𝒀 = 𝒂 ∗ 𝑿 + 𝒄
距離:𝒅
θ傾き:𝜽 = tan−𝟏
𝒂
座標: 𝒙, 𝒚 = 𝒅 sin 90 − 𝜽 , 𝒅 cos 90 − 𝜽

障害物の情報をパブリッシュ
Publisher
float64 x
float64 y
float64 theta
座標を代入
傾きを代入
Master

/rplidarNode /findObject
/scan /r_object
システム構成

障害物の
検知が可能に

目的
障害物検知
ロボットの位置情報
&

目的
自律走行

目的
農業
Robot

進捗
シミュレーションv1

進捗
シミュレーションv1
ここで制御
システム構成

進捗
自動走行テスト中。。

進捗
ギリギリで停止

進捗
昨日できた
まだVer1

まとめ
青ネギ 575 591
きゅうり 1095 1223
なす 1757 961
大玉トマト 947 1298
ミニトマト 1488 1364
ピーマン 1162 981
ししとう 2983 489
時給換算表
削減

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