2016年6月23日 デジタルガジェット祭り！「加速度センターに挑戦」

AITCシニア会めがねチーム 加速度センターに挑戦

2016/6/23

近藤・吉⽥

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解決したい課題2

家の中のどこかにあるはずの眼鏡を 眼鏡をかけていなくでも

探せるようにしたい

RFIDなど検討したが、発想の転換！´ 家の中ならば、『眼鏡の現在位置』ではなく、

『⾃分が昨夜どこにいたか』が分かればよい

スリッパに モーションセンサーを装着して 昨夜どこを歩いたかを記録する

X

Y

3

Arduino 9軸モーションシールド3790円

4

x

y

モーションシールドの仕様´ BOSCH製BNO055を搭載

´ 14bit精度の３軸加速度センサー (X,Y,Z)

´ 16bit精度の３軸⾓速度センサー (Ωx,Ωy,Ωz)

´ 16bit精度の３軸地磁気センサー (x,y,z)

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物理のおさらい´ 重⼒加速度9.8m/s2 ´ 地磁気0.45ガウス

-9.8m/s2

x

yz

センサーを⽔平に置いて静⽌した場合

0.45G

x

z

北磁極に向けて⽔平に置いた場合（東京）

北磁極（６°⻄) 49°

0.45✕cos49°≒0.32G

0.45✕sin49° ≒-0.37G

y

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BNO005ができること7

⽤語解説´ Sensor Fusion

ある現象に対して、それを測定する複数のセンサーーの出⼒から、データ同⼠の処理を⾏い、1つの知覚を得ること(wikipediaより)

´ Absolute Orientation ⾓速度を積分して、絶対⽅位に対して回転⾓度（傾き）を求める

´ Relative Orientation ⾓速度を積分して、初期状態の向きに対して回転⾓度を求める

´ Linear Acceleration 重⼒加速度成分を除き、動きによる加速度のみ出⼒する

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ということは…

´ IMUモード（地磁気センサーを切る）にして

´ 最初にスリッパを⽔平にまっすぐ置き

´ Linear Acceleration (ax, ay, az)と

´ Relative Orientation (α、β、γ)を読んで

´ 座標変換(ax’, ay’, az’)し

´ ax’とay’を２回積分すればいい

´ まずは、センサーを回転させないように測ってみよう

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う、それでもそこそこ⾯倒

プログラムvoid setup() { Serial.begin(115200); I2C.begin(); mySensor.initSensor(); mySensor.setOperationMode(OPERATION_MODE_IMUPLUS); mySensor.updateAccelConfig(); void loop() { if ((millis() - lastStreamTime) >= streamPeriod) { lastStreamTime = millis(); Serial.print("Time: "); Serial.print(lastStreamTime); Serial.print("ms "); Serial.print(" a: "); Serial.print(mySensor.readLinearAccelX()); Serial.print(", "); Serial.print(mySensor.readLinearAccelY()); Serial.print(", "); Serial.print(mySensor.readLinearAccelZ()); Serial.print("m/s2 "); Serial.println(); }}

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では、早速やってみましょう！11

   1. 加速度センサーを静⽌状態で安定させる

   2. 実際に歩いて加速度を測定する

   3. 加速度を2回積分して移動距離を求める

測定の概要´ 約4mの範囲で、歩いた軌跡を測定しました。

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約4ｍ

約4ｍ

センサーの持ち⽅

X⽅向

Y⽅向①

②

③

④

向きを変えないように注意して

1. 加速度センサーを静⽌状態で安定させる´ 静⽌状態でのセンサー値を測定 Time: 4591ms a: 0.00,0.03,0.10m/s2 Time: 4606ms a: -0.01,0.02,0.08m/s2 Time: 4625ms a: 0.00,0.03,0.08m/s2 Time: 4641ms a: 0.02,0.03,0.08m/s2 Time: 4657ms a: 0.00,0.03,0.08m/s2 Time: 4674ms a: -0.01,0.00,0.09m/s2

Time: 4690ms a: 0.01,0.01,0.08m/s2 Time: 4707ms a: 0.00,0.03,0.07m/s2 Time: 4724ms a: -0.02,0.01,0.08m/s2 Time: 4741ms a: 0.00,0.01,0.10m/s2

Time: 4757ms a: 0.00,0.01,0.08m/s2 Time: 4774ms a: 0.00,0.01,0.09m/s2

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む〜ん、0.00にならない 少し振動してる…けど 許容できる誤差でしょう

2. 実際に歩いて加速度を測定する´ 概ね①〜④の動きに合っている。

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-6

-4

-2

0

2

4

6

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X⽅向における移動時間と加速度の推移（時間（ミリ秒）／距離（m））

lX(m/s2)

① ② ③ ④

3. 加速度を2回積分して移動距離を求める´ 約90m進んだようです。（あれ？･･･4mじゃ･･･ ）

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X⽅向における移動時間と距離の推移（時間（ミリ秒）／距離（m））

X

①

② ③

④

ここ！

まとめ´ 加速度を扱うのは⾼度な専⾨技術が必要

´ ２回積分すると少しの誤差でも⼤幅なずれになる。´ 数値を取得できても、有効な値を抽出するのは困難。

´ キャリブレーション、ローパスフィルター、座標変換など勉強が必要。

´ プロが提供するフュージョン機能を使ってさえ充分な精度は得られない。

´ センサーの安定までに時間がかかる。

´ 加速度センサーでメガネを探すのはなかなか難しい ´ 平屋の前提でこの難易度⾼い。2階建てなら更にUP。

´ 考慮できていないことも多い。（向き、連続利⽤など）

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