磁気ナビゲーショ ン 法の実装

3.3 磁気ナビゲーショ ン 法の実装

Fig. 3.6: Drawing of the robot [40]

my， mz， およ びヨ ー軸回り の磁場方位m_θを 記録する こ と と する ． ま た識別情報sは， そ れぞれ3軸方向の磁場強度の変化を 識別する ために 用いる こ と と し ， s_x， s_y， s_zを 記録す る ． さ ら に重み情報wには， 3軸方向の磁場強度と ヨ ー軸回り の磁場方位を 用いた修正量を 決定する ために wx， wy， wz， wθを それぞれ記録する ．

識別情報sはFig. 2.8に示すよ う な 磁場の乱れを 有する 区間を 識別する ために利用する ． そのため， 経路上の磁場強度と 左右の経路の磁場強度^lm， ^rmを 用いて ， 以下の式に従い 決定する こ と と する ．

s_k =















1 if (^lm_k+m_t> m_k>^rm_k−m_t)

−1 else if (^lmk−mt< mk<^rmk+mt) 0 (otherwise)

(3.1)

こ こ でkは， x, y, zの添字を そ れぞれ表し ， mtは任意の閾値であ る ． 本研究ではmtは，

Fig. 2.8の観測結果も 参考にし て 0.01 Gと し た． な お， 左右の磁場情報の取得も ロ ボッ ト を 手動走行さ せる こ と で行う ．

重み情報wは， 実際に走行経路でロ ボッ ト を 走行さ せ， そのと き のロ ボッ ト の動作を 基 にし て 実験的に決定する こ と と し た． 具体的には， 初期は一意に重みを 設定し て おき ， 走行 さ せた際にロ ボッ ト が蛇行する よ う であれば重みを 下げて いく こ と で決定する こ と と し た．

こ のパラ メ ータ 調整を 時間経過がある 状態で行う こ と で， 磁場の変化に対応し たパラ メ ータ 調整が行われる こ と と なる ． すなわち 重みの値が小さ く なり ， 結果と し て 磁場の時間変化に 対し て も 問題な く ナビゲーショ ン を 行う こ と ができ る よ う にな る ．

3.3 磁気ナビゲーショ ン 法の実装

3.3.3 走行距離の推定

ロ ボッ ト には自律走行を 行う 事前に， Fig. 2.7に示すよ う な変化がある 地点と ， その変化 の最大値を 教示し ておく ． ロ ボッ ト は， 自律走行時は10 cm毎に6 m分の磁場強度を 保管し て いく ． なお自律走行の際も ， ロ ボッ ト は約0.6 m/sで走行し ， 10 Hzで磁場の観測を 行っ ていく ． そし て， 目印と なる 変化が存在する 地点を 3 m過ぎた際に， 保管し た磁場強度の最 大値を 求め， こ れと 予め教示し た最大値の差分が一定以下であれば， 目印と なる 磁場の乱れ を 観測し たと する ． そし て ， 観測し た磁場の乱れの位置があう よ う に， 走行距離の修正を 行 う ． 磁場地図のデータ は10 cm毎に記録さ れて いる ため， 距離の修正は10 cm単位で行わ れる こ と と なる ． ま た， xおよ びy軸の磁場強度は， ロ ボッ ト の姿勢によ り その観測値が変 化する ． そのため， 自己位置推定にはz軸方向の磁場強度のみを 用いる こ と と する ．

3.3.4 制御手法

磁気ナビゲーショ ン 法における 走行制御では， ま ず， 現在のロ ボッ ト の走行距離に対応し た磁場地図の磁場情報miと 付加情報si， wi， およ び磁気セン サの観測値mtを 用いて ， 制 御に利用する 偏差eを 以下のよ う に定める ．

e=





















s_x,iw_x,i(m_x,i−m_x,t) sy,iwy,i(my,i−my,t) sz,iwz,i(mz,i−mz,t)

wθ,i(mθ−mθ,t)





















(3.2)

そし て 偏差eの各値が零になる よ う に， ロ ボッ ト の角速度を PD制御する こ と で姿勢を 修正 する ．

磁場地図には， 磁場情報と し て は走行経路上の情報し か記録さ れて いない． そのため， 障 害物回避など によ り 経路から 逸れた際には， 参照する 磁場情報がなく なる こ と と なる ． こ れ を 防ぐ ために付加情報を 利用し て いる ． 付加情報は， 周囲の磁場の性質を 表すパラ メ ータ で あり ， こ れを 用いる こ と で経路周辺の磁場を 大ま かである が把握する こ と ができ る ． 例えば，

識別情報siがすべて 零と な る よ う な 地点は磁場が安定し て おり ， 磁場方位を 用いて 姿勢修 正を 行う こ と ができ る ． ま た， siの各値が非零であれば， 横方向の誤差を 修正する よ う な姿 勢修正が行われる こ と になる ． こ のよ う に， 付加情報を 利用する こ と で， 走行経路上の磁場 情報し か持たな いと し て も ， ロ ボッ ト の姿勢修正を 行う こ と ができ る ．