ROBOMASTER AIチャレンジ�公式オープンソースを読む

あーせにっく

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• 部屋名「robosemi」で、入れます

軽く自己紹介

• Twitter:あーせにっく（@ArsenicLAB）
• 高専→高専専攻科→ロボット系ベンチャー
• ロボット歴？
• 高専ロボコン(2013~2017)
• RoboMaster 2018(FUKUOKA NIWAKAヒーローオペレータ)
• RoboMaster AI Challenge 2019 (キャプテン)
• 電子回路、組み込み、ROSあたりが好き

ROBOMASTER AI CHALLENGE とは？

• 毎年ICRAの会場で、学会と同時開催してるロボマスの全自動版の大会（DJIが主催）
• 会場は毎年変わる！
• メカは全チーム統一（大会側が提供）ソフトウェア技術を競う

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公式オープンソースとは？

• DJI公式が公開してる、AIチャレンジ用のマイコンFWとROSシステム（公式提供のメカで動くことを想定）
• ライセンスはGPL v3
• 今回はマイコンFWのジンバル、シャーシ制御周りの個人的に面白かった実装の紹介
• 紹介するコードはコントローラで動かすこと前提（全自動じゃない）
• ROS側の実装紹介はまた機会があれば！（まだ読んでません）

公式提供ロボのシステム概要

• アクチュエータ、マイコンボードは搭載済み（電源入れると付属のコントローラで操作できる）
• マイコンはSTM32でボードには9軸IMU搭載
• ジンバル、シャーシにそれぞれマイコンボード（2枚積み）
• CANでマイコン間通信
• ジンバル用モータはBLDC、ESCからCAN通信を通して電流値�で制御可能、角度、角速度フィードバッグ
• シャーシ用モータはBLDC＋減速機つき

ジンバル

シャーシ

ジンバル制御

• 目標値
• 右ジョイスティックの縦、横がジンバルのPitch、Yawに対応、目標角を設定し、絶対角で制御（シャーシとの相対角度でなく、IMUで測定した絶対角）

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• ジンバル搭載のIMUでジンバルの姿勢（向いている方向）を推定
• 姿勢推定アルゴリズムにはMadgwickフィルタを使用
• 拡張カルマンフィルタより高速で、同等以上の精度らしい

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• ジンバルの角度制御にはカスケード制御を使用

カスケード制御とは

• フィードバック制御ループの中に、複数のフィードバック制御ループをもたせたもの
• 外側の制御ループをメジャーループ、内側をマイナーループという
• 今回の場合はメジャーループが角度、マイナーループが角速度
• マイナーループを挟むことで、メジャーループ側から見た制御の応答性がよくなる（らしい）

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・通常の角度制御

・カスケード制御を使った角度制御

シャーシ制御

• 平行移動2軸（vx, vy[m/s]）、回転移動1軸(ωz[rad/s])の3軸入力で速度制御
• 左ジョイスティックの上下左右入力が vx, vy に対応
• ωz はジンバルの向いている方向に追従するように与えられる

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• シャーシが回転する仕組み
1. ジョイスティックを左に倒す
2. IMUの姿勢目標値が左にずれ、ジンバルがそれを修正
3. ジンバルとシャーシの向きのズレを修正するために�ωzが発生
4. ジンバルとシャーシの向きが一致

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マイコンFWまとめ

• ジンバルの姿勢がずれないように、IMUから推定された姿勢をフィードバックに使っている
• ジンバルの姿勢推定アルゴリズムにMadgwickフィルタを使っている
• 制御性能を上げるためにカスケード制御を使ってる
• シャーシの回転は、ジンバルに追従するように設計されている

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