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MyEnigma

とあるエンジニアのブログです。#Robotics #Programing #C++ #Python #MATLAB #Vim #Mathematics #Book #Movie #Traveling #Mac #iPhone

ロボットのための外界認識センサの基礎

Robot

http://www-personal.acfr.usyd.edu.au/p.morton/media/img/data_ground.png

引用 Robots | Peter Morton

はじめに

近年、自動走行車や災害用ロボットなど

より一層ロボット技術の応用が進んでいます。


そのような技術の中で重要な要素の一つは外界認識です。

ロボットの周囲がどのような状況になっていて、

どこがロボットにとって安全で、

どこに移動物体がいるかなどを

ロボットに搭載されているセンサの情報から、

ロボット自身が認識する技術です。


この外界認識を行うためには様々な技術が存在しますが、

同様に重要なのが、”どのようなセンサを使用するか”です。

様々なロボットが存在するのと同様、

様々な外界認識センサが存在しますが、

大きくわけると、3種類に分類できます。


高度な外界認識システムを作成するためには、

それぞれのアルゴリズムを詳しく学ぶことも重要ですが、

同様に、それぞれのセンサの原理と特徴を勉強して、

どのようなセンサをどのように使用するのかが重要になります。


本記事では、それぞれのセンサの原理と特徴を

個人的な勉強用にまとめておきます。

レーザセンサ

レーザセンサは光を使用して

距離を計測するセンサです。

海外では

Light Detection and Ranging: LIDARとも呼ばれます。


基本的には、光を照射し、それが対象物に当たって

返ってきた時間と光速の値を使用して距離を計算します。


Q
一本一本のレーザの光線をどのように認識しているのか?


レーダセンサ

ロボットで使用されるレーダセンサに関しては

下記の記事を参照ください。

ロボット用センサとしてのレーダーの基礎知識 - MY ENIGMA

ステレオカメラ

http://image.itmedia.co.jp/ee/articles/1401/23/l_tt1401_ALT007.jpg

引用: 東京工業大学放射線総合センター准教授 實吉敬二氏:自動運転車はステレオカメラだけで実現できる――「アイサイト」開発者に聞く (2/2) - EE Times Japan


ステレオカメラは、複数のカメラの画像を使って、

周囲の物体までの距離を計測するセンサです。

もう少し具体的に説明すると、

それぞれのカメラの位置や姿勢がわかっている状態で、

その情報と、ある物体の画像上での映る位置の違い(視差)

を使って画面上のある一点(あるピクセルが表している物体)

までの距離を計算することができます。

ステレオカメラによる距離の計算方法

作成中

ステレオカメラの特徴

ステレオカメラの良い所としては、

カメラの解像度やカメラ間の距離(ベースライン)にもよりますが、

近距離において、高精度&高密度の距離情報が得られることです。

この利点を利用して、

比較的近距離で物体の精密な形状を認識したい屋内ロボットなどに利用されています。


また、もう一つの利点として、他のセンサに比べると

センサそのものの値段が比較的安いということです。

なので、スバルにアイサイトのように、

コスト意識の高い商品にも利用されています。


一方、ステレオカメラの問題としては、

長距離の測量には向かないということです。

原理的に、距離の二乗に比例して精度が劣化してしまいます。


また、光の影響などの外乱の影響を受けやすいという問題もあります。