環境
この記事は以下の環境で動いています。
| 項目 | 値 |
|---|---|
| CPU | Core i5-8250U |
| OS | Windows10 |
| MissionPlanner | v1.3.80 |
| 項目 | 値 |
|---|---|
| Board | Pixhawk(v2.4.8) |
| Ardupilot | Rover V4.2.3 |
概要
ardupilotでは距離センサーを外付けすることが出来ます。今回はその設定を行います。
予備知識
ArdupilotのRangeFinder機能
Ardupilotでは10個まで距離センサーを接続できます。今回はanalog接続x1、I2C接続x2の合計3つの距離センサーを接続します。
| センサー番号 | 種類 | 型番 | IF | 用途 |
|---|---|---|---|---|
| RNGFND1 | 赤外線 | GP2Y0A21YK | analog | 下向き（対地距離測定用） |
| RNGFND2 | 超音波 | GY-US42V2 | I2C | 右後（障害物検知用） |
| RNGFND3 | 超音波 | GY-US42V2 | I2C | 左後（障害物検知用） |
I2C方式のセンサーは測距距離をそのまま値として返しますが、analog方式の物は電圧から距離に変換が必要です。今回は以下の様な反比例の式を用います。
距離の計算式
距離=\frac{距離係数}{計測電圧[V] - オフセット電圧}
自己位置での使い方
ROSなどでRoverの自己位置を考えるときは、タイヤが接地しているはずなので自己位置は2次元で考えて、高さは無視または固定とします。しかしArdupilotは元々はDrone用のファームウェアなので自己位置は常に3次元で考慮します。
高さ方向のセンサーがないと、Pixhawkが内蔵している加速度と気圧計の値から高さを推定するために、メートル単位で上下に揺れてしまいます。
この自己位置をROSに送ると都合が悪いために、下方向の対地センサーを入れることで、自己位置の高さを安定させます。
前提条件
以下の機器が必要です。
- WindowsPC
- MissionPlanner導入済み
- Pixhawk
- ardupilot roverインストール済み
- WindowsPCのMissionPlannerで接続可能
- 電源供給可能
- 赤外線距離センサー（GP2Y0A21YK）x1
- 超音波センサー(GY-US42V2)x2
- I2Cエクステンダー
- Arduino Uno
手順
赤外線距離センサーの接続ケーブルの作成
- 以下のように両端がpicobladeとPHのコネクタのケーブルを作成する
| Pixhawk | GP2Y0A21YK | |
|---|---|---|
| Picoblade | PH | |
| 1 VCC | 3 VCC | |
| 2 ADC IN (ADC3) | 1 Vo | |
| 3 GND | 2 GND | |
| 4 ADC IN (ADC4) | ||
| 5 GND |
赤外線距離センサーの接続
- PHコネクタを赤外線距離センサーに接続する
- picoblade側をPixhawkの「ADC 3.3V」のコネクタに接続する。
赤外線距離センサーのパラメーター設定
- WindowsPCでMissionPlannerを起動して、Ardupilotと接続する。
- 以下のパラメーターを設定する。
| パラメーター名 | 値 | 説明 |
|---|---|---|
| RNGFND1_TYPE | 1 | analog入力で使う |
| RNGFND1_FUNCTION | 2 | Hyperbolic(電圧と距離が反比例) |
| RNGFND1_MAX_CM | 200 | 計測最大距離(cm) |
| RNGFND1_MIN_CM | 5 | 計測最小距離(cm) |
| RNGFND1_OFFSET | 0.2 | オフセット電圧 |
| RNGFND1_ORIENT | 25 | 取付方向：下 |
| RNGFND1_PIN | 14 | ADC3ピン |
| RNGFND1_POS_X | -0.2 | 取付位置(X) |
| RNGFND1_POS_Y | 0.1 | 取付位置(Y) |
| RNGFND1_POS_Z | 0.02 | 取付位置(Z) |
| RNGFND1_RMETRIC | 0 | 出力は供給電圧に依存しない |
| RNGFND1_SCALING | 0.2 | 距離係数 |
赤外線距離計の動作確認
- 「フライト・データ」メニューを選択する
- 画面下部の「チューニング」の左のチェックボックスにチェックをつける。
- 画面上部に出現する「Tuning」ウィンドウをダブルクリックする。
- 出てくるダイアログで「sonarrange」だけにチェックをつけて、ほかのチェックを外す。
- グラフのプロットの数字を見て、測距値と対応するか確認する。単位は[m]になっている。
GY-US42V2のアドレス設定作業用ケーブルの作成
| Arduino側 | センサー側 | |
|---|---|---|
| プラグコンタクト | PH | |
| - | 1 VCC | |
| - | 2 SCL | |
| - | 3 SDA | |
| - | 4 GND |
GY-US42V2のアドレス設定
- アドレス変更用スケッチをArduino Unoに書き込む
- 上記のArduinoにGY-US42V2を接続する（1つずつ接続する）。
- 以下の表のようにアドレスを書き込む
- アドレスは0~127の7bitでの表記で記載している。
| 用途 | センサー番号 | アドレス |
|---|---|---|
| 右後用 | RNGFND2 | 112（デフォルト値） |
| 左後用 | RNGFND3 | 111 |
超音波距離センサーの接続
- 2つの超音波距離センサー(右後用、左後用)をPixhawkのI2Cバスに、エクステンダー経由で接続する。
超音波距離センサーのパラメーター設定
- WindowsPCでMissionPlannerを起動して、Ardupilotと接続する。
- 以下のパラメーターを設定する。
| パラメーター名 | 値 | 説明 |
|---|---|---|
| RNGFND2_TYPE | 2 | MaxbotixI2C互換のI2C接続 |
| RNGFND2_ADDR | 112 | センサーのアドレス |
| RNGFND2_ORIENT | 3 | 取付方向：後方右 |
| パラメーター名 | 値 | 説明 |
|---|---|---|
| RNGFND3_TYPE | 2 | MaxbotixI2C互換のI2C接続 |
| RNGFND3_ADDR | 111 | センサーのアドレス |
| RNGFND3_ORIENT | 5 | 取付方向：後方左 |
超音波距離計の動作確認
- 「フライト・データ」メニューを選択する
- 画面下部の「チューニング」の左のチェックボックスにチェックをつける。
- 画面上部に出現する「Tuning」ウィンドウをダブルクリックする。
- 出てくるダイアログで「rangefinder2」、「rangefinder3」だけにチェックをつけて、ほかのチェックを外す。
- グラフのプロットの数字を見て、測距値と対応するか確認する。単位は[m]になっている。
