QGCでセンサのキャリブレーションできるようにしてはどうか？

[tmori]

背景

たまにコンパスエラーが出るけれど、もしかするとキャリブレーションで解決できたりして？

QGCには、センサキャリブレーション機能がある。

実機の場合は、機体を手でもって傾けたりしてキャリブレーションするのだが、シミュレータだと難しい。

対応案

シミュレータから外部操作できるUIを作って、物理モデルに位置や姿勢を変更できるようにしてみてはどうか。

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こうみると、ピッチ角が９０度のケースがあるのか。。

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物理的に拘束した状態で回転させたい

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ジンバルの中心に機体を拘束して、外力与えて回してみたい

https://ja.m.wikipedia.org/wiki/ジンバル

[kenjihiranabe]

うーん、外力で積分は無理だと思う。実際にやるときは、モータートルクで回さないからなあ。

案は、マグネットを外界とインタラクションさせること。Unity に磁北線張って、角度だすとか？ この絵のキャリブレーションではどのセンサの値とってるのだろ？

[tmori]

この絵のキャリブレーションではどのセンサの値とってるのだろ？

ジャイロセンサですね。

[kenjihiranabe]

ジャイロは外界との関係性確立だから、ドローン単体ではできないと思っている。 あと、位置も積分と、もう一つGPSはUnityから取る手もあるね。

[kenjihiranabe]

単体やるなら、外力でなく、角度を強制的に変えて、その時のmag値をかえすんかな。

[tmori]

この構成で機体を制御して、物理モデルから出てくる速度データなどをセンサにそのまま与えて、PX4に返す方法を考えてみましたが、機体が遠くに飛ばないように固定する条件が必要そうですね。。

[kenjihiranabe]

いや、ジャイロとmag を勘違いしてた。ジャイロならやりようがある。 外界といったのは、magです。 トルクでやるなら、どこか一点固定して、みたいにコマ回すのだけど、別の力学が必要な予感。

[tmori]

トルクでやるなら、どこか一点固定して、みたいにコマ回すのだけど、別の力学が必要な予感。

おー。

[kenjihiranabe]

トルクでなく、角速度を与えてやれば良さそう。

[tmori]

キャリブレーション用の関数をbody_frame内部に入れ込む。のが一番近道。

[kenjihiranabe]

追加情報： ここに各センサーのキャリブレーションの仕方あり． https://qiita.com/ezokitsune/items/170ac3cc8b81b382f10a また，ここに PX4 <-> GrouondControl のキャリブレーションのオフィシャルドキュメントあり． https://docs.px4.io/main/en/config/compass.html 一回，各キャリブレーションの意味を表にまとめてみます．

[tmori]

auto-tune のパラメータ保存先とパラメータ参照方法を調査する

調べ方：

• PX4のドキュメントを読む
• 多分、バイナリで管理されていると思われ、コマンドで取得するような気がしている。
• となると、どのようなパラメータがあるのかを次に調べることになって、
• そのパラメータを参照するコマンドを調べる流れ。

もしや：

• ここで調べたパラメータ使って、PID制御プログラムで試すとかできたりして。

[tmori]

この辺りが解説部分。

• https://docs.px4.io/main/en/config_mc/pid_tuning_guide_multicopter_basic.html
• https://docs.px4.io/main/en/config_mc/pid_tuning_guide_multicopter.html

おそらく、以下のパラメータをチューニングしていると思われる。

• Roll rate control (MC_ROLLRATE_P, MC_ROLLRATE_I, MC_ROLLRATE_D, MC_ROLLRATE_K)
• Pitch rate control (MC_PITCHRATE_P, MC_PITCHRATE_I, MC_PITCHRATE_D, MC_PITCHRATE_K)
• Yaw rate control (MC_YAWRATE_P, MC_YAWRATE_I, MC_YAWRATE_D, MC_YAWRATE_K)

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機体設定で auto tune できるのは、レートコントローラと姿勢コントローラのみ。

なので、それらの制御プログラムのパラメータが対象と考えるのが自然。

以下が調査結果。

Multicopter Rate Control

https://docs.px4.io/main/en/advanced_config/parameter_reference.html#multicopter-rate-control

Multicopter Attitude Control

https://docs.px4.io/main/en/advanced_config/parameter_reference.html#multicopter-attitude-control

[tmori]

PIDのパラメータチューニングで解決できること

• 機体が目標値に近づかない（発散してしまう）
• 機体が目標値に近づくが振動し続ける

ということは以下の２つのissueは解決できなさそうな気がしてきた。

• https://github.com/toppers/hakoniwa-px4sim/issues/90
• 真後ろに飛行指示を出すと、機体が不安定になる

カルマンフィルタの推定値がずれている問題を調査すれば、上記の issueの問題点がより浮き彫りになりそうな予感。

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あと、auto-tuningはセンサのキャリブレーションではなくて、PID制御パラメータのキャリブレーションのように思えてきたので、センサ単独のキャリブレーションもできた方が良さそう。

機体の姿勢を外部から変更するAPIはあるので、ちょっとやってみます。

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コンパス：

加速度センサ：

[kenjihiranabe]

calibration ディレクトリ使ってもらっていいですよ。

[tmori]

入力要件

姿勢角を少しずつ増減できる：10度角くらい？

• ロール
• ピッチ
• ヨー

姿勢角を数値で指定できる：

• ロール
• ピッチ
• ヨー

実現方法

姿勢操作用のアプリを作って、キーボード入力を受け付けて、上記を実現する。

[tmori]

設計できた！

せっかくなので、最近整理した箱庭アセットAPIを使って、第３の箱庭アセットを開発することにしました。

[kenjihiranabe]

おー！