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Semelhante a 複数のGNSSを用いたポーズグラフ最適化
Semelhante a 複数のGNSSを用いたポーズグラフ最適化 (12)
複数のGNSSを用いたポーズグラフ最適化
- 1. 複数のGNSSを用いたポーズグラフ最適化 千葉工業大学 未来ロボット技術研究センター(fuRo) 鈴木 太郎 ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2020 移動ロボットの自己位置推定と地図構築 (1/2) 2P1-K12
- 2. 研究背景 ポーズグラフの利用 • 自己位置推定 • 地図作成 • SLAM ො𝐱 = argmin 𝐱 𝑖,𝑗 𝒆𝑖𝑗 𝑇 𝛀𝑖𝑗 𝒆𝑖𝑗 ポーズグラフ最適化へ衛星測位（GNSS）の利用 ポーズグラフの最適化 -1- センサによる観測 𝐱 𝑖 𝐱𝑗 𝐳𝑖𝑗 𝛀𝑖𝑗 𝒆𝑖𝑗(𝐱 𝑖, 𝐱𝑗) ノード エッジ 誤差関数 • • •
- 3. GNSSのポーズグラフへの利用（従来研究） GNSS 1 GNSS m 疑似距離 𝐱1 𝐱 𝑛⋯ GNSSによる測位結果 （三次元位置） 𝐱1 𝐱 𝑛⋯ 𝐱1 𝐱 𝑛⋯ ドップラーによる速度 • ノード間の相対拘束 • 速度積分の誤差が推定位置に累積 （1）速度拘束 • 単独測位解による位置拘束 • ルーズカップリング • メートルレベルの位置推定精度 （2）位置拘束 • それぞれの衛星からの距離拘束 • タイトカップリング • メートルレベルの位置推定精度 （3）疑似距離拘束[1] -2- [1] 鈴木, GNSSを用いたPose Graph Optimization, RSJ2019
- 5. アイデア：Time-Relative RTK-GNSS [2] -4- GNSS ①時刻 i-t のGNSS疑似 距離，搬送波位相観測値 を保持 𝑖 − 𝑡 𝑖 Time-Relative（TR-) RTK-GNSS [2] 鈴木, GNSSによるループ閉じ込みを利用したポーズグラフ最適化, 第25回ロボティクスシンポジア，2020
- 6. 𝑖 − 𝑡 -5- GNSS 𝑖 ②現時刻 i と過去 i-t の GNSS観測値の 時間差分を計算 ③現在位置から過去の位置へのベ クトル（ループ閉じ込み）を構築 アイデア：Time-Relative RTK-GNSS [2] Time-Relative（TR-) RTK-GNSS [2] 鈴木, GNSSによるループ閉じ込みを利用したポーズグラフ最適化, 第25回ロボティクスシンポジア，2020
- 7. -6-TR-RTK-GNSSの拡張 • 複数のGNSSを搭載したロボット+TR-RTK-GNSSによるポーズ グラフ最適化 • 新たにアンテナ間幾何拘束を導入 • ロボットの位置＋姿勢の推定が可能に 提案手法 TR-RTK-GNSSの課題 GNSS基準局を用いずに 単独の GNSS受信機・アンテナを用いてcm 精度のロボットの軌跡推定が可能 ロボットの姿勢が推定できない 𝑖 − 𝑡 GNSS 〇 ×
- 8. Factor Graphモデル -7- TR-RTK-GNSSによる離れた状態間の拘束 アンテナ間の幾何拘束 ドップラー速度による状態間の拘束 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ x1 1 x1 2 x 𝑛 1 x 𝑛 2 𝑿𝑖 = 𝑥𝑖 1 𝑦𝑖 1 𝑧𝑖 1 𝑥𝑖 2 𝑦𝑖 2 𝑧𝑖 2 𝑇 状態： アンテナ1三次元位置 アンテナ２三次元位置 𝜽𝑖 = tan−1 𝑦𝑖 2 − 𝑦𝑖 1 𝑥𝑖 2 − 𝑥𝑖 1 姿勢：
- 9. グラフ最適化 -8- ො𝐱 = argmin 𝐱 𝑖 𝒆 𝑎𝑛𝑡 𝑖 + 𝑖 𝒆 𝑣𝑒𝑙 𝑖 + 𝑗 𝒆 𝑡𝑟 𝑗 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ x1 1 x1 2 x 𝑛 1 x 𝑛 2 最適化 アンテナ間幾何拘束 TR-RTK-GNSSによる離れた状態間の拘束 アンテナ間の幾何拘束 ドップラー速度による状態間の拘束 𝒆 𝑎𝑛𝑡 𝑖 = 𝑿𝑖 1 −𝑿𝑖 2 − 𝐿 𝒆 𝑎𝑛𝑡 𝑖 = 𝒆 𝑎𝑛𝑡 𝑖 𝛀 𝑎𝑛𝑡 𝒆 𝑎𝑛𝑡 𝑖 ロボットに搭載した2台のアン テナの幾何的配置が不変で あるという拘束 ドップラー速度拘束 TR-RTK-GNSS拘束 𝒆 𝑣𝑒𝑙 𝑖 = 𝑿𝑖 −𝑿𝑖−1 − 𝑽𝑖Δ𝑡 𝒆 𝑣𝑒𝑙 𝑖 = 𝒆 𝑣𝑒𝑙 𝑖 𝛀 𝑣𝑒𝑙 𝒆 𝑣𝑒𝑙 𝑖 𝒆 𝑡𝑟 𝑗 = 𝑿𝑖 −𝑿𝑖−𝑡 − 𝐵𝑖−𝑡 𝒆 𝑡𝑟 𝑗 = 𝒆 𝑡𝑟 𝑗 𝛀 𝑡𝑟 𝒆 𝑡𝑟 𝑗 事前に計測したアンテナ間距離 GNSSドップラーにより計算した三次元速度 GNSSドップラーから計算した 三次元速度によるノード間の 相対拘束 過去のGNSS観測値を利用 した現在と過去のノード間の 相対拘束 TR-RTK-GNSSにより計算した三次元ベクトル
- 10. -9-ドローンによる実験 実験条件 • 複数のGNSSを搭載したドローンを用いた飛行実験 • 前後の2台のGNSSアンテナを使用 • Ground Truth: 高精度GNSS/INS複合システム（Applanix APX-15 UAV） Antenna 1 Antenna 2 Antenna 1 Antenna 2
- 11. -10-グラフ構築
- 12. RMS誤差（三次元位置） -11- • RMS誤差（三次元位置）: 1.04m → 0.026m へ減少
- 13. • RMS誤差（姿勢）: 15.8 deg → 0.075 degへ減少 RMS誤差（姿勢） -12-
- 15. -14-まとめ • 複数のGNSSを搭載したロボット+TR-RTK-GNSSによるポーズ グラフ最適化 • 新たにアンテナ間幾何拘束を導入 • ロボットの位置＋姿勢の推定が可能に 提案手法 TR-RTK-GNSSの課題 GNSS基準局を用いずに 単独の GNSS受信機・アンテナを用いてcm 精度のロボットの軌跡推定が可能 ロボットの姿勢が推定できない 𝑖 − 𝑡 GNSS 〇 ×