PixHawk PX4:UBXプロトコルとペアードビーコン | Marvelmind

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PixHawk PX4:UBXプロトコルとペアードビーコン | Marvelmind

▶ 3:04
📅 2020-10-20

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方位と方向のトラッキング:仕組み

この技術ガイドでは、MarvelmindのMMSW0003 UBXプロトコルライセンスについて説明します。このライセンスを使うと、PX4搭載のPixHawkは、モバイル Super-Beacon から位置データをストリーミングで受け取り、u-Bloxコンパスの値の代わりにペアードビーコンによる方位情報を使用できます。システムはI2C通信でスムーズに統合でき、自律型ドローンや屋内ロボットは、屋内では正しく機能しない従来の磁気センサーに頼らずに、正確にナビゲーションできます。

文字起こし

この技術ガイドでは、MarvelmindのMMSW0003 UBXプロトコルライセンスについて説明します。このライセンスを使うと、PX4搭載のPixHawkは、モバイル Super-Beacon から位置データをストリーミングで受け取り、u-Bloxコンパスの値の代わりにペアードビーコンによる方位情報を使用できます。システムはI2C通信でスムーズに統合でき、自律型ドローンや屋内ロボットは、屋内では正しく機能しない従来の磁気センサーに頼らずに、正確にナビゲーションできます。

0:01 皆さん、こんにちは。今回はドローン向けのペアードビーコンについてお話しします。特に、u-blox GPSを使うPixhawk上のPX4での使い方です。まず、当社はドローンには常にペアードビーコン構成をおすすめしており、磁気センサーは使わないようにお願いしています。問題は、建物の中には必ず鉄などの磁性体や棚があり、電流による電磁界もあるため、地球の磁場がゆがんでしまうことです。そのため、屋内では磁気センサーは事実上使えません。では、どうやって方向を知ればよいのでしょうか。ドローンの位置だけでなく、ドローンがどちらを向いているかも知りたいはずです。そこで当社の解決策がペアードビーコンです。もちろん、基線長(2台のビーコンの間隔)はできるだけ長いほうが良いです。というのも、

1:01 各ビーコンが計算する位置には、ある程度の誤差があるからです。当社の場合、精度はプラスマイナス2センチメートルです。つまり、こちらの位置とこちらの位置がそれぞれプラスマイナスの誤差で求まるので、最悪の場合、向きはこうなったり、こうなったりします。2台のビーコンの位置を測定すると、方向の精度には数度の誤差が出るということです。したがって、方向を高い精度で知りたいなら、測位の精度をさらに上げるか、基線長を伸ばすかのどちらかが必要です。測位の精度をこれ以上上げるのはほぼ不可能です。すでにプラスマイナス2センチメートルの精度を実現しているからです。また、基線長を伸ばすことも、ドローンのサイズに制約されるため、多くの場合できません。当社の場合はこれが推奨される最大の長さで、それで得られる方向の精度は、

2:00 正確には覚えていませんが、およそ4度です。では、それをどうやってPixhawkに入力するのでしょうか。通常はこのGPSを接続して、方向も取得します。ここでは、GPSの代わりに、このピンに位置データを入力します。同時に、ちょっとした工夫をしています。実は、u-bloxセンサーのIMUデータをエミュレートしているのです。つまり、Pixhawkはu-bloxから磁気センサーのデータを受け取っていると思っていますが、実際には、当社のペアードビーコンから位置を受け取り、さらに磁気センサーのデータとして方向を受け取っています。この機能は有効になっていますので、ぜひ確認してください。これで、ペアードビーコンを使ってPixhawk上のPX4を飛ばし、自律型ドローンに活用できます。ありがとうございました。

✓ 要点

  • MMSW0003 ライセンスにより、モバイルSuper-BeaconからUBXプロトコルで位置データをPixHawkコントローラーへ直接ストリーミング可能
  • ペアードビーコン構成により、屋内で信頼性の低い磁気センサーの代わりに、超音波による方位計算を使用
  • I2C通信により、既存のPX4ファームウェアスタックとプラグアンドプレイで互換
  • センチメートル級の屋内測位精度が活きる用途:自律型ドローン、フォークリフト、倉庫ロボット
  • PX4ファームウェアの変更は不要。PixHawkはMarvelmindのデータを標準的なu-Bloxコンパスの信号として受信

👥 対象:方位・角度データが必要な開発者

PixHawkフライトコントローラーとPX4ファームウェアを統合し、磁気コンパスに依存せずに信頼性の高い屋内測位と方位データを必要とするロボット技術者やドローンエンジニアの方。本ソリューションは、GPSが使えない屋内環境で、磁気センサーが干渉を受けて信頼できなくなるという重要な問題を解決します。

? FAQ

Q: MarvelmindのUBXプロトコルは、PixHawkやPX4とどのように連携しますか?
MMSW0003 ライセンスにより、モバイル Super-Beacon から、PixHawkがネイティブに理解できるUBXプロトコルで位置と方位のデータをストリーミングできます。データはI2Cで送信されるため、ファームウェアを変更せずに既存のPX4スタックとスムーズに統合できます。
Q: ペアードビーコンは、機能しなくなったu-Bloxコンパスの代わりになりますか?
はい。Marvelmindのペアードビーコンは超音波信号から方位を計算し、システムはこのデータを、u-BloxコンパスからのデータであるかのようにPixHawkへ渡します。これにより、金属の多い屋内環境でコンパスが信頼できないという問題を解消します。
Q: このソリューションの測位精度はどのくらいですか?
Marvelmindの超音波屋内測位システムは、位置(X、Y、Z座標)でセンチメートル級の精度を実現し、屋内の自律ナビゲーションや倉庫自動化に適した信頼性の高い方位情報を提供します。
Q: MMSW0003 ライセンスは、すべてのPixHawk環境で必要ですか?
MMSW0003ライセンスが必要なのは、MarvelmindのペアードビーコンをPixHawk/PX4と組み合わせて、UBXプロトコルによるデータストリーミングと磁気センサーの置き換え機能を使う場合のみです。
Q: この連携のメリットを受けられるのは、どのような屋内ロボットですか?
自律型ドローン、フォークリフト、モバイルロボット、倉庫自動化システムなどです。GPSや磁気センサーに頼らずに、屋内で正確な位置把握と方位制御を維持できるためです。

ⓘ ペアードビーコンによる方向トラッキングシステム

PX4ファームウェアで動作するPixHawkフライトコントローラーが屋内で自律ナビゲーションを行うには、正確な方位と位置のデータが必要です。MarvelmindのMMSW0003ライセンスは、モバイル Super-Beacon がUBX(u-Blox)プロトコルで位置と方向のデータを送信できるようにすることで、統合における重要な課題を解決します。UBXは、PixHawkとの通信で広く使われている標準プロトコルです。このライセンスはMarvelmindのペアードビーコン構成で動作し、超音波による測距信号から、位置(X、Y、Z座標)と方位の両方を計算します。PixHawkはI2C接続を通じて、このデータを標準的なu-Bloxコンパスからのデータとして受け取るため、倉庫、工場、研究施設など金属の多い屋内環境で磁気センサーが信頼できないという問題を解消します。この方法なら、故障した、または使用できないコンパスセンサーを置き換えながら、既存のPX4スタックとの完全な互換性を維持できます。ペアードビーコン構成は、センチメートル級の測位精度と信頼性の高い方向情報を提供し、屋内の自律型ドローン、フォークリフト、モバイルロボットがGPSや磁気コンパスに頼らずに安全に動作できるようにします。

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