IMUってなんぞ？part11:地磁気その1
2018年9月27日
道に迷って左も右もわからなくなると、とりあえず回転する鬼塚です。
前回もおまとめしましたが、加速度、角速度センサをフュージョンすることによってオイラー角を算出し、センサを取り付けたモノの姿勢を計測することができました。
センサの呼び方もいろいろ出てきましたが、このあたりからセンサはIMUと名乗ることができます。(Wikipedia先生もそう仰っていました)
それで、オイラー角なのですが、「ロール」、「ピッチ」、「よー」のなかで、一つだけ仲間はずれがいらっしゃいます。
...皆さん、もうおわかりですね。
そう、答えは「よー」です。
ではなぜ仲間はずれなのでしょう？？？
ひらがなで書いたから、ではありません！(単なる私の気まぐれです)
答えは「基準」としているものが違うからです。
基準というと、(part6)あたりで解説しましたが、重力加速度を基準とすることで、「水平」からどのくらい傾いているかを知ることができました。
ヌワラエリアが入ったペットボトルを傾けると、水面は重力に均一に引っ張られており、一定の角度(水平)を示すので、それを基準(ゼロ点:0°)として角度がわかります。
ロール、ピッチはこれで大丈夫そうですね。ヌワラエリアがお手元にない場合は、脳内シミュレーションで確認してみてください。
じゃぁヨーはどうすんのョー？？？
ペットボトルを「回転」させても「傾き」は変わらず、そもそも性質が異なるようです。
回転の角度って何が基準(0°)なのでしょうか？
例えば、あなたが長いながーい眠りから覚醒めたとして、布団から体を起こして目の前の壁を見たとします。
その時の頭の向いている方向を基準(0°)としましょう。
これで、右に90°向いたとか、真後ろ向いて180°、グルっと回って360°!(=0°)とかがわかるようになりました。
...なんかすんごい適当ですが、実際に加速度、角速度だけのIMUもこんな感じで基準を設定しています。
正確にはセンサの電源を入れたときのヨーの角度が0°になります。
さらに、私達人間であれば壁や布団の位置関係を目で観ることで、基準を再認識することができますが、残念ながらセンサに目玉はついていません。ジャイロセンサによって回転量がわかるので、その値がヨー角として出力されますが、人間で例えれば、目隠しした状態で回転する椅子かなんかに座ってグルグル回されている感じです。どちらに回転したかはなんとなくわかりますが、激しく回転されると全然わからなくなります。
実際に試してみてもいいですが、椅子から転げ落ちても私は責任を負いませんのでご容赦ください。
結局のところ、今までの話だとヨーの基準はセンサの電源投入時に決まるので、毎回基準となる方向も変わってしまいます。
また、基準の再確認ができないので、短時間ならなんとかなりますが、時間がたつにつれて誤差が蓄積されて大きくなりますので、最初に基準とした角度からどれだけズレたかもわからなくなります。
このままではたいへん困ってしまいますが、実は回転にも(だいたい)絶対的な基準があります。
そこで次回のお話がでてくるのですが、前に磁界お話しますと言っときながら、前置きが無駄に長すぎて尺がなくなりましたので磁界へと続きます。