leJOS EV3 の LinearCalibrationFilter #ETロボコン

これは、ETロボコン Advent Calendar 2015 - Adventarの 6日目のエントリーです。

主にleJOS担当な某地区実行委員です。6日目、当日になってもエントリが無かったので、小ネタですが書いてみます。

ETロボコン 2015 の公式プラットフォームの１つにもなっている leJOS EV3 ですが、EV3本体、センサー、モータの API 以外にもロボテックス関連のちょっとよい API がいろいろあります。今回はその中から LinearCalibrationFilter クラスを紹介します。

leJOS EV3 はセンサーフレームワークという手順でセンサー値を取り出します。様々なセンサーを統一的な手段で扱うようにするためですが、ちょっと面倒くさいです。こんな感じです。

センサー = new センサークラス(ポート);
センサープロバイダー = センサー.getMode(センサーモード);
float[] sample = new float[センサープロバイダー.sampleSize()];
センサープロバイダー.fetchSample(サンプル, 0);

leJOS EV3 では、このセンサーフレームワークを応用したフィルタクラス群があって、lejos.robotics.filter パッケージにあります。LinearCalibrationFilter はその中の１つで、センサーのキャリブレーション、目標値との差分を取り出すことができます。

例として、ライントレースでよく使われるカラーセンサーの輝度検出モードを扱う場合には以下のようにします。

EV3ColorSensor colorSensor = new EV3ColorSensor(SensorPort.S3); // カラーセンサー
SensorMode redMode = colorSensor.getRedMode(); // 輝度検出モード
float[] sample = new float[redMode.sampleSize()];
LinearCalibrationFilter calibrator = new LinearCalibrationFilter(redMode);

これで準備はできました。キャリブレーションは以下のようにします。ESCAPEボタンが押されるまでキャリブレーションを行います。

calibrator.startCalibration();                 // キャリブレーション開始
while (!Button.ESCAPE.isDown()) {
    calibrator.fetchSample(sample, 0);           // キャリブレーション実行

    // この間に、輝度の最大と最小が得られる所、適当にセンサー位置を変える
    // モータで自動でやるのもよし、手で動かすのもよし
}
calibrator.stopCalibration();                  // キャリブレーション停止
calibrator.save("redcalpar");                  // キャリブレーション結果のセーブ

ちなみにキャリブレーション中は、センサー値にローパスフィルターもかかります。

これでキャリブレーション結果が leJOS EV3 内の /home/root/sensorCalibration/redcalpar.cal に格納されます。このファイルの中身は以下のようなものです。

sampleSize=1
calibrationType=0.0
type=LinearCalibrationFilter
scale=1.0
offset=0.38000003

項目	説明
sampleSize	サンプル数、要するにセンサー値の数
calibrationType	0 ならセンサー値そのもの、1ならスケールに対する割合、なぜか float
type	キャリブレーションしたクラス
scale	センサー値のスケール。センサー値がとり得る幅のこと
offset	キャリブレーションしたセンサー値の最小値の最大値の中間値

キャリブレーション結果を使った実行は以下のような感じです。

LinearCalibrationFilter tracker = new LinearCalibrationFilter(redMode, "redcalpar");
while (!Button.ESCAPE.isDown()) {  // ESCAPE ボタンが押されるまで
    tracker.fetchSample(sample, 0);
    float error = sample[0];         // offset (要するに目標値)との差分

    // 差分から PID 制御してモータ動かすなりなんなりと

}

ちなみに、このキャリブレーションでないモードでの実行ではローパスフィルターかかりません。かけたい場合は lejos.robotics.filter.LowPassFilter も使いましょう。

LinearCalibrationFilter の詳しい仕様は leJOSのAPIドキュメントを参照。

lejos.robotics 配下には、この他にも使えそうなものがあるので、興味のある方は調べてみてください。