第14回宇宙科学シンポジウム P2-231 移動探査ローバの位置姿勢推定手法に関する検討 ○大津恭平†1 大槻真嗣2 本田拓馬1 村上遼3 宮田洋佑1 杉村さゆり1 大谷知弘1 茂渡修平1 久保田孝2 1東京大学大学院 2JAXA 宇宙科学研究所 3高知工科大学大学院 †[email protected] Abstract Localization is an important technique for the navigation of lunar and planetary exploration rovers. There are a number of localization methods which can broadly be divided into relative and absolute localization. A comparative study of feasible methods was conducted with a testbed rover at the volcanic field in Izu-Oshima, Japan. 1.ミッション要求 2.自己位置推定 {0 Rw , 0 tw } 移動探査ローバによる月・惑星の表面探査 {t R0 , t t0 } 着陸機から探査対象(岩石・クレーター etc) 付近まで航法誘導数百m∼数km t 月・惑星環境における難しさ t { R 0 , t0 } t (C) JAXA F0 航法誘導の流れローバの現在位置・姿勢を知ることは、航法誘導の第一歩相対位置推定経路追従、障害物回避、目標地点到達デッドレコニング、ランドマーク航法 t GPS利用不可 Ft { R 0 , t0 } Xt = t R0 (X0 t ランドマーク不在地磁気利用不可 t0 ) 絶対位置推定長距離探査経路計画、探査誘導 GPS(人工衛星)、太陽、星環境認識経路・行動計画自己位置推定 3.位置姿勢推定手法の比較事前情報(地図)不足月・惑星環境においていかに位置・姿勢を知るか? フィールド試験伊豆大島裏砂漠デッドレコニング(Wheel Odometry) Virtual wheel 中心の運動推定 r! Rf r! 火山噴出物(スコリア)に覆われた緩やかな斜面(10 程度) 30以上のセンサをGPS時刻同期 GPS:199.65m WO: 213.06m (+13.41m) 平均スリップ率 6.7% 2 3 2 3 x˙ r! cos ⌘ 4y˙ 5 = 4 r! sin ⌘ 5 r! ✓˙ l sin ⌘ 2 3 2 3 2 x x cos ✓ 4y 5 = 4y 5 + 4 sin ✓ ✓ ✓ 0 ⌘ r! Rf l ⌘ IRC Rf = GPS Antenna sin ✓ cos ✓ 0 GPS Compass 斜面を横切るように走行したため、右方向に大きく逸脱滑りやすい地形ではWOは困難 l sin ⌘ LEPS Suspension Encoders (drive, steer) 太陽光ベクトル局所的には合致ジャイロによる蓄積誤差大正射影ベクトル Y 重力方向からボディ傾斜を計測 λ Z ν (ロール・ピッチ・ヨー) x˙ y˙ ✓ デッドレコニング(Visual Odometry) 画像の変化から運動推定特徴点の検出・追跡誤対応を含むデータからのパラメータ推定 X 1 Z X 4 v=  3 進行方向 Y sunsensor Y 絶対方位角 Z 視野約110 局所的には合致ジャイロによる方位誤差を削減できれば利用可能 X 2 ローバの姿勢を取得 Accelerometers, Gyro 天測航法(太陽センサ) 傾斜(前後・左右)・・・傾斜センサ 2軸 gravity 3h50m 走行地形方位・・・ジャイロ(角速度)センサ 1軸微小時間の角度変化を積算時間 (34° 43' 49”, 139° 25' 12”) Sun Sensor 32 3 0 x˙ 05 4y˙ 5 dt 1 ✓˙ 773m 伊豆大島形山東部 Inclinometers Stereo Camera デッドレコニング(Wheel Odometry+IMU) z Laser Range Finder 走行軌跡 4つのセンサを組み合わせ、太陽方向を算出絶対方位が取得可能太陽方向以外のセンサも反射光により誤反応→高度情報+α その他衛星航法(GPS) GPS衛星からの電波を受信、衛星との距離を計測特徴点の対応が取れない場所では推定に失敗 4つ以上の衛星からの電波受信が必要定期的な局所バンドル調整 (非線形最適化) →蓄積誤差削減斜面によるスリップには非依存計算コスト急な視界変化への対応 4.考察 www.gps.gov 試験では、電子基準点データを利用した後処理により、数cmオーダの精度を実現衛星/地上局とのドップラー測位画像によるバンドル調整衛星/着陸機との協調 SLAM(画像、レーザー) スカイラインマッチング 5.まとめ自然地形(斜面・段差・凹凸)ではWOやジャイロは困難 VOは視界が大きく変化すると特徴点追跡が困難太陽センサは太陽が可視範囲にあれば絶対測位可能移動探査ローバの位置姿勢推定手法は長短あり、状況に応じて使い分けることが望まれる通常は相対推定、誤差が蓄積したら絶対推定で補正平地ではWO、傾斜や段差ではVO 今後はセンサフュージョンやSLAM含め蓄積誤差の削減に取り組む本研究の一部は日本学術振興会科学研究費補助金（挑戦的萌芽、課題番号: 25630396）の支援を受けて実施されたことを記し、謝意を表する。 This document is provided by jAXA.