中京大学 電気電子工学科 白井研究室 T213030 久保田直樹 「ARマーカーによる自己位置推定」 中京大学 電気電子工学科 白井研究室 T213030 久保田直樹
はじめに ARマーカー マーカーを映すことにより付加情報を表示する、決まったパターンの 画像のこと。 自己位置推定 マーカーを映すことにより付加情報を表示する、決まったパターンの 画像のこと。 自己位置推定 ロボットが現在どのような場所にいて、どのような姿勢をしているの かを推定すること。
研究背景 工場の作業用ロボット、サービスロボットなどの基 礎とした自己位置推定が挙げられる。屋内の場合 GPSを利用した自己位置推定は精度が悪いためGPS に変わる自己位置推定を行う方法を検討する。
目的 中京大学八事校舎11号館6階においてARマーカーを 用いて自己位置推定を用いてスタート地点から目的 地までの走行を可能とするロボットを作成する またARマーカーを用いた自己位置推定の精度の調 査をする
研究の流れ ロボットの作成 自己位置推定のプログラムの作成 ロボットの動作の命令プログラムの作成
開発環境 ロボット raspberry pi 使用言語 ロボット python パソコン processing
システムの概要 パソコン Wi-Fiルーター ロボット モーター 命令 ARToolkitにより推定 Webカメラ 動画
ARマーカーの原理 黒枠でマーカーの検出を行ない、白領域内のパターン に応じてマーカーを判別する。 マーカーを二値化し黒枠内の白い部分の 解像度を測り一致度を比較し判別する。
自己位置推定の方法 ARToolkitを使用しカメラから見たマーカーの座標(XcYcZc)を得る。 その値を右図の座標変換行列を用いてマーカーから見たカメラの座標(XmYmZm) が得られる。 マーカーの座標とXm、Ym、Zmの値を用いて自己位置推定を行う。
ARマーカーによる角度(姿勢)の推定 マーカー座標から見たロボットの姿勢 カメラ座標から見たロボットの姿勢
マーカーから地図上の実際の位置を推定 (Xm,Zm) マーカーの位置(Xm、Zm)マーカーからの距離(ｄｘ,ｄｚ)よりロボットの位置（Xm＋ｄｘ、Zm＋ｄｚ）
目的地までの動作 はじめにマーカー(m1)を探しマーカー を検知する マーカーから30cm離れた部分へ向か い走行する。その後角度をマーカー (m2)の方向に変更し走行する。 この動作をm1→m2→m3→m4→目的 地の順番で行う。
結果 ・マーカーをWebカメラで読み取ることによりロボットの位置、姿勢を推定することが出来た。 上からマーカ番号、横方向の距離、縦方向の距離、角度(rad)
研究結果 ５cmごと１０回測定 分散の平均は1.14 誤差率の平均は7.01 誤差の分散の値が小さい 各誤差率が約7％ ７％の補正をかけることに より精度の良い測定値が 得られた。 距離と誤差率の関係のグラフ(１５cm～８０cm)
考察 測定の誤差はマーカーにあたる光の明暗や周囲の壁の色などが原 因と考えられる。 ARマーカーからの推定では信頼度が低いため、ARマーカーから得ら れる座標の推定値、モーターによる角度、距離の変化の推定値を使 用しカルマンフィルタを行う必要があると考えられる。
今後の展望 マーカーから遠く離れた所でも自分の位置が分から ないときにランダムに動きマーカーを見つけられるよ うにする必要がある。
質問・コメント 目的地までの動作の動画がない →ギリギリまでがんばります。 ・なぜジャイロセンサーを使わなかったか →ARマーカーで角度の算出が出来るから →またジャイロを組み込むことによりより精度の向上に繋がるので展 望として組み込みたいと考えている。