オートパイロットと屋内測位の違いを解説 | Marvelmind

0:01 皆さん、こんにちは。今日は、オートパイロットと屋内測位システムの違いについてお話しします。「御社の屋内測位システムをプログラムして、私たちのロボットを制御できますか？」というご質問を非常に多くいただくからです。答えは明らかなはずですが、どうもそうではないようです。そこで、基本から始めましょう。まず、ロボットや私たち人間を含め、あらゆる自律システムは3つの主要な部分で構成されています。センサー、処理とメモリにあたる頭脳、そしてアクチュエーターです。この3つの要素がそろっていれば、それは自律ロボティクスシステムであり、より広く言えばインテリジェントシステムです。これを屋内測位システムに当てはめると、当社の屋内測位システムはセンサーに属します。つまり、位置を送信し、入力情報を提供します。

0:58 その送り先が、頭脳にあたるオートパイロットです。頭脳そのものには、ロボットを走らせたり、コプターを動かしたりする能力はありません。実際に動かすのはモーターやローターですが、それら自体は何も判断できません。そのため制御が必要で、その制御はオートパイロットから来ます。ですから、答えはまったく基本的で明白であり、非常にはっきりしているはずです。オートパイロットは頭脳であり、さまざまなセンサーから届く情報に基づいて、どこへ進むか、どう進むか、障害物をどう回避するかを判断します。Marvelmindの屋内測位システムは、そうしたセンサーの1つです。センサーは他にもたくさん使えます。たとえば磁気センサー。障害物の検出と回避にはLiDARを使えますし、オドメトリも使えます。ドローンであれば気圧計など、実にさまざまな種類のセンサーがあります。

1:56 これらがセンサーです。確かに、Pixhawkボードのようなオートパイロットには、IMUなどのセンサーがすでに搭載されている場合もあります。ジャイロスコープも加速度センサーも入っています。当社のビーコンも同様で、IMUを搭載しています。しかし、センサー、頭脳すなわちオートパイロット、そしてモーターやローターであるアクチュエーターは、明確に区別しなければなりません。まとめましょう。オートパイロットは、アクチュエーター、つまりモーターやローターなど、実際に動作して機体を動かすものを物理的に制御し、判断を下します。しかし、オートパイロット自体は位置について何も知りません。だからこそ、もちろんオートパイロットは重要ですし、当社のシステムも重要です。ただし、両方がそろって初めて本当のシステムになります。単体では成り立ちません。入力が必要です。基本的なPixhawkの構成では、それはGPSです。

2:54 屋内を飛ぶと、GPSはありません。そのため、「自分はどこにいるのか」というセンサー入力が必要になります。当社はそれを、導入後すぐに使える形で提供します。同時に、最初の質問に戻ると、当社はリアルタイムの屋内測位システムと屋内での位置推定を提供しています。私たちはこれを「屋内プラス」と呼ぶこともあります。当社のシステムを使えばウェイポイントを設定できますし、デバイスからデータを受け取ったり、デバイスへデータを送ったりすることもできます。屋内ではGPSにアクセスできないので、GPSではこれができませんが、当社のシステムならできます。その意味で、当社は「屋内測位システム・プラス」、あるいは「GPSプラスプラス」とも言えます。ただし、当社がモーターを直接制御するわけではありません。当社はデータを送り、どこへ向かうかはオートパイロットが判断します。「コースから外れた。あちらへ行かなければ」という判断を下すのは当社ではなく、オートパイロットです。

3:53 オートパイロットにはさまざまな種類があります。最も一般的なのは、そしてあらゆるプロジェクトの例として私が使っているのは、Pixhawkベースのものです。私にとってPixhawkは、Xeroxがコピー機全般の代名詞になっているのと同じようなものです。つまりPixhawkは、あらゆるタイプのオートパイロットの代表例にすぎません。ですから私が「Pixhawk」と言うとき、厳密にPixhawkだけを指しているのではなく、ハードウェアとソフトウェアスタックで構成されるあらゆるオートパイロットを意味しています。たとえばPixhawkの場合、スタックはArduPilotとPX4の2つもあります。両者はほぼ独立していて、それぞれ長所と短所がありますが、同じハードウェア上で動く2つの独立したスタックです。そのハードウェア上で、独自のオートパイロットスタックを書くこともできます。当社にも独自のオートパイロット、Marvelmindオートパイロットがあります。製品としては提供していませんが、もちろん当社のロボットやドローンにはオートパイロットを搭載しています。たとえば、DJIのドローンを飛ばすことができます。

4:53 つまり、当社にもオートパイロットがあります。当社の考え方では、オートパイロットとは、スマートフォン（この場合はAndroidスマートフォン）上で動作し、DJIのリモートコントローラーと接続されたアプリケーションのことです。それがオートパイロットです。ウェイポイントからウェイポイントへ移動するだけのシンプルなものですが、それこそがお客様の求めていることです。お客様は、ドローンに自律飛行させて、写真撮影などの何らかの作業をさせたいのです。それがオートパイロットの役割です。では、何に基づいて動くのか。位置推定データ、つまり「自分はどこにいるのか」、言い換えればロボットやドローンがどこにいるのかという情報と、ウェイポイントです。ウェイポイントは、完全自律型のロボットであればその人工知能から与えられることもありますが、通常はユーザーであるあなたが与えます。「この倉庫をこのパターンで飛ばしたい」「このパターンで走らせたい」といった具合です。

5:52 ウェイポイントをクリックすると、オートパイロットはこう判断します。「よし、自分はこの位置にいる。Marvelmindの屋内測位システムがこの位置を教えてくれるからだ。あそこまで走らなければならない。よし、曲がる必要がある。たとえばモバイルビーコンを2台搭載していて、自分の姿勢がわかるので、まっすぐそこへ向かえる。よし、進め、進め。おっと、少しずれてきた。曲がらなければ」。オートパイロットがしているのは、これだけです。つまり、これはオートパイロットによる意思決定ですが、その基になっているのは当社の屋内測位システムです。それがなければ、オートパイロットは自分がどこにいるのかまったくわかりません。もちろん、他のシステムを使うこともできます。それを否定するつもりはありません。センサーフュージョンは非常に有効です。光学式でも、オドメトリでもかまいませんし、もちろんIMUもあります。IMUは、Pixhawkのようなオートパイロットやそのハードウェアに搭載されているだけでなく、当社のビーコンにも搭載されています。どれもIMUを持っています。そのため、両方からデータを得て融合し、ドリフトやノイズなどを抑えながら最大限に活用できます。

6:50 2つの異なるシステムを比較してみるのは、いつでも有益です。では、オートパイロットと屋内測位システムの主要な要素は何でしょうか。フライトコントローラー、あるいはドライブコントローラーはハードウェアであり、頭脳、つまり物理的な頭脳です。ソフトウェアやスタックは、どこかで動かす必要があります。この場合、それは通常、小さなボードです。用途によっては、このボードにセンサーがすでに追加で搭載されていることもあります。その意味では「オートパイロット・プラス」です。ただし、必ずしもそうとは限りません。少なくとも、判断を下すためのプロセッサーとメモリは必要で、センサーはすべて外付けでもかまいません。とはいえ、IMUのように小型で安価などの理由から、一部のセンサーがすでに搭載されていることもよくあります。さらに、先ほど挙げたさまざまなセンサーと、ESC（電子スピードコントローラー）があります。これらは外付けの場合も、同じボード上にある場合もあります。

7:49 ESCは、いわば中間に位置します。論理信号を物理信号に変換し、データからモーターや方向を制御するという意味で、すでにアクチュエーターに属するとも言えるからです。一方で、オートパイロットのボード、あるいはオートパイロットのハードウェアの一部である場合もあります。屋内測位システムについて言えば、通常は3つの主要な部分で構成されます。1つ目は固定ビーコンで、使う技術によってはアンカーとも呼ばれます。2つ目はモバイルビーコンで、移動する機器に取り付けます。3つ目は一種の中央コントローラーで、通常はシステム内の同期を行い、システムを制御して、外部へデータを送ります。たとえば当社の場合、位置データはモバイルビーコンから直接取得できます。自律走行する機体には通常この方法をおすすめします。データをモデムへ送り、そのモデムから何らかのコンピューターへ、さらにそのコンピューターから機体へと経由させる必要がないからです。その経路も可能な場合はありますが、レイテンシが増えます。

8:48 ただし、ロボットの頭脳が外部にある場合もあります。ロボット自体は賢くても、その賢さが外部のコンピューターにあるケースです。その場合は、モデムからデータを取得するほうが簡単です。このように、当社は柔軟な選択肢を提供しています。ただし一般に、どの屋内測位システムも次の3つの主要な要素で構成されています。1つ目は固定ビーコンで、いわば衛星、つまりGPS衛星のようなもので、位置を測る基準になります。何を基準にして位置を測るのか、ということです。2つ目はモバイルビーコンで、移動する機器の位置を実際に測定するものです。当社が測定しているのは、ロボットの位置ではありません。ドローンの位置でもありません。ロボットに取り付けられたモバイルビーコンの位置を測定しているのです。そして当然、ビーコンがしっかり固定されていて、ぐらついたりしないことを前提にしています。そうすれば、当社が測定している点が正確にわかります。

9:48 ロボットに対して、です。精度が非常に高い場合は、Marvelmindのビーコンがロボットの中心からずれた位置にあることも重要になります。ですから、そのことを考慮しなければなりません。当社が測定しているのは、ロボットの中心位置や機械的な中心、あるいは何らかの物理的な中心ではなく、この位置です。当社のビーコン自体についても、理解しておくべき重要な点があります。たとえば IAアーキテクチャ（Inverse Architecture）と受信マイクについて言えば、マイクはこちらで、こちらではありません。これはトランスデューサーです。つまり、こちらが送信の中心で、こちらが受信の中心です。10〜50 cmの精度しか出ない、精度の低いシステムであれば、これは重要ではありません。しかし、センチメートル級の精度を実現する当社のシステムでは、中心が正確にどこにあるのかが重要になります。受信する場合の中心はここ、送信する場合の中心はここです。以上が、オートパイロットと屋内測位システムの違いについての、ごく手短な説明です。わかりやすい説明になっていれば幸いです。

10:47 オートパイロットはロボットやドローンを制御します。屋内測位システムから届く入力データ、つまり位置推定に基づいてモーターを直接制御し、A地点からB地点へ走行させたり、飛行させたりします。ありがとうございました。それでは。