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2017年08月21日の記事

2017年8月21日(月) 21:49

センサーの限界

 加速度センサーは積分するため誤差が蓄積され、絶対値を正確に把握するのは難しい。しかし、真下を写すカメラによって移動ベクトルを直接把握できるセンサーと組み合わせると、誤差を減らすのに効果的だ。屋外で大型のドローンであれば、GPSで絶対座標を大雑把に把握するのも効く。
 同様に、角速度センサーも絶対値を正確に把握するのは難しい。しかし、地磁気センサーのように絶対値を直接把握できるセンサーと組み合わせると、誤差を減らすのに効果的だ。
 複数のセンサーを組み合わせて総合的に判断すれば、より正確な状態を把握できる。

 だが、どのセンサーも弱点を抱えている。
 加速度センサーは重力の分離ができない。カメラは、自分が動いているのか地面が動いているのか区別できない。地面が動く?そう、特徴の少ない地面の上を人間が歩いていたらどうだろうか?
 GPSは室内では使えないし妨害装置も存在する。地磁気センサーは鉄が近くにあれば狂う。超音波センサーは、入り組んだ場所では想定外の反射が発生し信用できない。

 弱点を補うためにセンサーを組み合わせても、想定外の値が得られてしまう確率がゼロではない以上、結果が信用できない可能性もゼロではない。
 だから、センサーに頼りきったドローンは、逆に危険である。

 こういうことを考えるようになったのも、実際のドローンの挙動が怪しいからだ。
 AifSelfie のように小型軽量のドローンが風に弱いのは自明なので、室内なら安全だろうと考えてしまう。だが、室内より開けた公園の方が遥かに安定飛行できる。風が無ければだけど。
 というのも、室内で壁に近付くと、超音波センサーが恐らく壁面からの反射を拾ってしまい、高度が把握できなくなる。真下カメラから移動ベクトルを検出するが、ベクトルの長さを絶対値で得るためには距離情報が必須である。距離情報を得る超音波センサーが距離を誤ると、ベクトルの長さを誤認識してしまう。これは、ドローンの移動速度を誤認識するということであり、静止しているつもりがどんどん横に動いてしまうのだ。

 超音波センサーと真下カメラの組み合わせは理論上は強力だが、壁に接近させると飛行が不安定になる。

 また、室内は屋外より暗いため、カメラ映像のノイズも増えて精度が低くなる。
 かくして、開けた屋外の公園で地面が平らだと、断然安定する。しかしそれも、超音波センサーの有効射程が短いため、高度数メートルまでだ。スペック上は最大20メートルまで飛ばせるが、その遥か手前でホバリング位置の安定性は悪化する。

 このようにセンサー能力の限界によるドローンの安定性の限界があり、どのような状況で不安定になるか理解して回避するよう操縦せねばならない。

written by higashino [マルチローター] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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