GPSを使わないBebop Droneの 自動飛行

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1 GPSを使わないBebop Droneの 自動飛行
電気電子工学科　白井研究室　T215054　寺西廉

2 研究背景・目的 droneに対してスマートフォンの操縦アプリなどが開発されてお り、その多くに自動飛行機能が実装されている。
しかし、それらの自動飛行はGPSを用いたものであるため屋内 では正常に飛行しない可能性がある。 ROSとSLAMを用いて、指定したルートに沿ってGPSを用いずに ドローンを飛行させることを目的とした。

3 開発環境 デバイス：Parrot bebop2 OS : Ubuntu16.04 デバイス制御フレームワーク：ROS kinetic
デバイス制御パッケージ：bebop_autonomy SLAM：ORB-SLAM

4 SLAM simultaneous localization and mapping
自己位置推定と地図作成を同時に行うこと ロボットが移動しながらセンサで周囲を計測し、移動軌跡に 沿って地図を作る。 この移動軌跡は自己位置推定によって得られるものであり、そ れまで作成していた地図を用いて推定精度を上げる。 これを繰り返すことで精度の高い地図作成と自己位置推定を行 うことが出来る。

5 なぜ地図作成と自己位置推定を同時に行うのか？
ロボットが移動しながらセンサでランドマークの距離と方向を 計測する 取得したセンサデータはセンサ中心のため、そのままつなげる と図2のようになってしまう。（移動が考慮されていない） A‘ A マークA 2 距離1 距離2 1 図1　センサによるデータ取得 図2　センサデータを繋げる

6 なぜ地図作成と自己位置推定を同時に行うのか？
ロボットは移動するので自己位置推定を行う。 位置が分かればそれにあわせてランドマーク位置を修正するこ とが出来る。（図3） しかし、自己位置推定は誤差が大きくなってしまうため精度を 上げるために地図を使って位置を修正する。 A‘ A A 距離2 1 2 距離1 図3　位置推定してデータを繋げる 図4　位置推定を修正してデータを繋げる

7 ORB Oriented FAST and Rotated BRIEF
ORBとは方向付きFASTと回転BRIEFを合わせたものである。 FASTとは、画像中のコーナーを高速で検出する方法である。 BRIEFとは、マッチングを高速で行うことのできる特徴量記述子 である。 つまり、ORBとは特徴点を高速で検出し、前に検出した特徴点 とのマッチングも高速で行えるものである。

8 ORB-SLAM アルゴリズム トラッキング：カメラの姿勢を推定 ローカルマッピング：カメラ周りの地図を修正
ループクロージング：検索されたループ最適化 マップ：キーフレームの情報を格納 場所認識：フレームに映る場所を判定 引用：R. Mur-Artal, J. M. M. Montiel, and J. D. Tardos, "ORB-SLAM: a versatile and accurate monocular SLAM system." arXiv preprint arXiv: , pp.1-15, 2015.

9 ORB-SLAM　実行例

10 作成したシステムの構成 マップ作製から自動飛行までの手順は以下である。 ドローンとPCをROSで無線接続する。
マニュアルで飛行させる。この時SLAMを実行し、マップを作製す る。 ルートの設定：自動飛行のための離陸地点と目的地、その間の チェックポイントを設定。これをYAML形式ファイルに記述する ドローンを離陸地点に運び、地図と③のファイルを読み込ませ、 自動飛行開始 最初のチェックポイントに向けて飛行。チェックポイントに到達 したら次のチェックポイントへ飛行。順次これを繰り返す。 目的地に到着したら着陸

11 ルート飛行の図解 離陸地点より離陸したドローンは最初のチェックポイントに向けて飛行する。
チェックポイントには通過許容範囲（下図：オレンジの範囲）を設定しており、ドローンがこの範囲に入ると次のチェックポイントに飛行する。 これを繰り返し、目的地まで向かい着陸する。 本研究ではルート飛行の基本となる「直進」と「方向転換」飛行を行った。 離陸地点 目的地 チェックポイント

12 38cm 34cm 飛行結果 150cm 400cm 400cm 直進 方向転換

13 考察・評価 ルートを大きく外れることなく目的地まで飛行することができ た。
誤差が出ているがこれはチェックポイントの範囲設定によるも のだと考えられる。 方向転換時の方が誤差が大きい。これは転換のための右回転時 に機体位置が乱れるためである。

14 展望 システムの向上 　方向転換時の機体の乱れが発生しているため、ロールピードの 調整や乱れを修正するような方向転換専用チェックポイントの作 成を目指す。 システムの追加 　障害物回避システムの実装

15 以上で発表を終わります。 ご清聴ありがとうございました。
以上で発表を終わります。 ご清聴ありがとうございました。