ロボットのためのポジショニング

本研究は(株)日立産機システムとの共同研究です。

インドア・メッセージング・システム（IMES）は宇宙航空研究開発機構（JAXA）が人間へのサービス用途に開発した屋内GPS技術です。IMESはGPSと同等の信号を用いたアクティブRFIDタグであり、地下街や建物の中など、GPSの電波が届かない屋内に通常10m程度の間隔で設置し、受信端末がどの送信機の近傍にあるかを判定することにより測位を行う簡易なデバイスです。屋外のGPSと異なり三辺測量を行わないため、精度は送信機の設置間隔（10m程度）と等しくなります。これは人間へのサービス（例えば、位置を伴う緊急通報や、位置に基づく広告など）には問題のない精度ですが、ロボットの制御に使用する場合、最低でも数10cmの精度が必要となるため、そのまま用いることはできません。そこで本研究では、IMESを高精度化する手法として、「ドップラー測位手法」を提案しました（図1）。本手法では、受信機のアンテナを動かす（回転させる）ことで得られる搬送波のドップラー変化、可動アンテナの局所座標系における位置、および姿勢センサから得られる絶対姿勢情報を用いて観測方程式を立て、それらを最小二乗法やカルマンフィルタなどで解くことで位置を算出します。

図2に本研究で開発したドップラー計測装置を示します。本装置は、本体に取り付けられたバーを360°時計回り／反時計回りに回転させることでドップラー変化を生成します。また、ドップラーを取得する受信機には、NovAtel社のSuperStarIIをIMES用に改良し使用しています。本装置をロボットに搭載し実験を行った結果、姿勢センサの方位成分の誤差（磁気コンパス誤差）がゼロという仮定の下で、数cm～数10cmの測位精度を達成しました。現在は、その他センサとのインテグレーションや、ロボットナビゲーションへの応用に取り組んでいます。

スードライト（擬似衛星）は地上設置型のGPS送信機です。その歴史は古く、もともとはGPS衛星の地上でのテストに使用されていました。GPS同様に複数の送信機を用いて三辺測量を行うため、搬送波を測位に用いれば数cmレベルでの測位が可能となります。本研究では、早稲田大学WABOT-HOUSE研究所に日本初の常設型スードライトシステムを設置し、実験を行って来ました。実験の結果、搬送波を用いたcmレベルの測位（デッドレコニング）を実現しました。