競技面変更

　１６日にGPSロボットカーコンテストのブログで競技面がテニスコートに変更になった旨のアナウンスがあった。waypointにもカラーコーンが置かれる。だたし，ダミーのカラーコーンも置かれるようだ。[つづき]

　私が競技委員だったらダミーのコーンはwaypointのコーンを視覚センサーで見つけて精密アプローチするのを撹乱するためにwaypoint近傍の微妙な位置に置く。正しくＧＰＳ測位していないと正規のwaypointかダミーかは判定できないようにする。たぶん，競技を運営される方々もその様にされるだろうと思う。
　しかし，ダミーを含んだ全てのカラーコーンの２ｍ以内に入って５秒静止して走り回ってゴールする方法でもコンテストの課題はクリアできる。
　だが，コンテストの主旨はＧＰＳ測位をできるだけ精密に行う測位アルゴリズムと誤差を含んだ位置情報を他の手段で適切に補正して正しくwaypointをたどることだと思うので，この技は禁じ手だ。こちらのコンテスト参加プロジェクトは立ち上がっていないが，ディスカッションの中で「とりあえず見つけたカラーコーンはwaypointとみなそう」というアイデアが出たらリーダー権限で却下する。

GPS受信機シールドのテスト

　次のようにＧＰＳ受信機シールドの動作テストを行いました。快調に動きます。

　

　上空の見通し良い窓の桟に置いたので数分で衛星を捉えて測位がはじまりました。


　実験用に色々信号を取り出す予定なので，イーサネットシールドのような連結フレームソケットを装着しました。

電子コンパスの実験・その２

　秋月電子の圧電振動ジャイロモジュールをArduinoに接続して回転角を測る実験をやって見ました。結果は…予想どおりには行きません。とんでもない値が出ます。

　最初、回転の開始時に逆方向の値が出ていると認識していましたが、よくよく考えると最初に出てくるのが正方向の値で後ろが逆方向の値です。このモジュールのハイパスフィルタ回路の過渡計算をすれば簡単に分かることでした（恥）
　左はオシロで観測したジャイロモジュールの出力波形です。
　このハイパスフィルターによりゆっくり動かした時の角速度の検出は困難です。「手ぶれ」などの周期の短い変化は検出できますが、ロボットカーが進行方向を変えるときのような比較的ゆっくりした変化にはこの振動ジャイロモジュールそのままでは対応できそうにありません。

GPS遊び

　某年８月に新千歳空港→羽田空港の飛行機に乗ったときハンディGPSを使って航跡をロギングした。座席の窓にGPSアンテナを貼り付けてパソコンでフライト情報と航跡表示させていたら，キャビンアテンダントから「これ，電波出していませんよね。着陸時は絶対に止めて下さい」とかなりキツく言われた。ロギングした新千歳空港→羽田空港の航跡。

　水平飛行で巡航し始めたので航空チャート広げて航法計算して到着時間を割り出したら羽田空港の離着陸制限時間の２３時までには到着しない予想になった。で，キャビンアテンダントを呼んで「このままでは２３時までに羽田に着きませんよ」と話したら「はあ？何でわかるんですか？」と聞き返され「フライト情報から航法計算したらそうなります」と答えたら怪訝な顔して去って行った。その後，キャビンアテンダントがやって来て「２３時までには必ず到着します」（キッパリ！）と言われた。

新千歳空港を離陸して，方位約１７５度で高度を上げながら南下
新千歳空港から約９０Kmのところで方位１９０度に変針

下北半島尻屋崎あたりで高度１万ｍに達して水平飛行。巡航速度は約９００Ｋｍ/時
岩手県花巻，茨城県大子，茨城県阿見の航空標識(VOR)をたどる航空路を使っている。

郡山市上空から徐々に高度を下げ始める

阿見町の電波標識(AMI)を通過し方位２００度に変針。
高度は約４千ｍ。速度は約６５０Ｋｍ/時

　通常のAMI～羽田空港への飛行ルートは，AMIで約１８０度に変針して南下し，木更津付近で右旋回して電波標識(KOHTOH)に向かって方位３２０度で飛行してから羽田空港に向かう。

　しかし，今回はAMIから方位２００度で直進し通常のルートをショートカットして東京湾に到達して羽田空港に向かっている。

東京湾に入ると，KOHTOHに向かって方位２８５度で飛行。高度は９００ｍ，速度は２３０Ｋｍ/時。
KOHTOを通過すると，東京港上空を左旋回して羽田空港の滑走路に向かいILSに乗って着陸。

　通常の飛行経路をショートカットしたのは，そのままでは２３時を過ぎて羽田に到着するので管制官が時間短縮のためショートカットさせたのだろう。羽田空港は地元との協定で２３時以降の航空機の離発着はできないことになっている。

　航空機や船舶を利用するときハンディGPSと地図を持って行くと道中退屈しない。旅客航空機は電子機器の機内での使用制限がキツいので磁気コンパスの方が良いかも知れない。

電子コンパスの実験

　GPS測位してロボット・カーの位置が決まればwaypointへのbearingは計算で求まる。求めたbearingにロボットカーをheadingするには現在のheadingを知る必要がある。ということで電子コンパスの基本的な実験を行ってみる。
(1)磁気方位センサー
　HoneywellのHMC6352を搭載したSparkFunのデジタルコンパスモジュールが手元にあったので，Arduinoに接続して見ました。

　すでにArduinoに接続して実験している人がいるだろうとググッてみたら，やはり「建築発明工作ゼミ」に先行事例がありました。


[スケッチ]

　分解能は0.5度，精度は１度で必要十分な性能を持っています。しかも，インターフェースがI2Cで簡単に使えます。次のジャイロを使ってHeading方位を測る実験をやるのが億劫になりました。

(2)角速度センサー（ジャイロ）
　角速度を検出し時間で積分して回転角を求めheadingを計算する。こんな感じでなんとかなりそうですが…

1. ロボットカーを真北に向けて置く。
2. Heading変数を０にする。
3. 静止時のオフセット値を求める。
4. 周期的に割り込みをかけてジャイロからその時々値を読みオフセット値で補正する。
5. ジャイロの値を角速度に換算する。
6. 求めた角速度と割り込み周期の積をとって変化した角度を求める。
7. 変化した角度をHeading変数に積算する。
8. このままでは誤差が蓄積して行くので，GPS測位とともに得られる移動方位情報でHeading変数値を校正する。

磁気コンパスに比べると格段にめんどくさいです（放棄する可能性大）

測角精度について
　１度の誤差は１ｋｍ先で１７ｍ程度ですから，競技面のサイズを考えると精度は±１度くらいで十分でしょう。

GPSモジュール GT-720F

　秋月電子で販売しているGPSモジュールGT-720FをArduinoに接続してみた。
　データシートをそのまま読めばGT-720Fの信号ラインはRS232-CレベルなのでArduinoに接続する場合はレベルコンバータが必要になる。「TTLレベルで出ていたらArduinoに直結できるのに…」と思って色々調べたらTTLレベルの信号がデータシートではＮＣと表示されている５・６番ピンに出ていることがわかった。次のように接続してGPSモジュールからNMEAフォーマットのデータを読んで緯度・経度を切り出しLCDに表示するスケッチを書いてテストしたらあっけなく動いた。

スケッチ

GPS受信機シールドの方はサンプルスケッチを見ながら，どうやっつけるか勉強中です。

waypointのコーン

　第３回コンテストの競技規約にwaypointに設置されるコーンや許容サークルについて書かれていなかったので，研究会に問い合わせてみました。
(1)waypointにコーンは置かれない。
(2)waypointの許容サークルは審判用である。
との回答でした。
　したがって，GPS測位でwaypointの近くまで行き，センサーで周囲をスキャンしてwaypointのコーンに精密アプローチする方法は使えないです。GPS測位に慣性航法などを組合わせて補完しなければなりませんね。
　競技面に対するGPSの相対誤差が大きく，実際の船舶で考えるとLORAN-Cを使って目隠しで指定錨地にアンカーする感じです。