Fグループ電子工作講座

つくばチャレンジの屋外走行で障害物回避を行うにあたり2D-LiDARを使ってみました。
LiDARは赤外線レーザーを使用した測定技術のため強い赤外線を含む太陽光が当たる場所
では取扱いが難したかったのですが、最近は太陽光環境下で使えるものが最近では数万円で
入手できます。

購入先
Roboshop
Amazon youyeetoo
AmazonではyouyeetooブランドでSLAMTEC等とそっくりな物があります。
実際に注文してみるとSLAMTEC製品が届くので、通販サイトのyouyeetooが
Amazonで販売しているだけっぽいです。

選定条件は
・屋外で使える環境光への耐性あり
・障害物検出目的のため測定距離は10mあれば十分
・安全のため回転部品が露出していない
・なるべく安い
としています。

今回は
・SLAMTEC RPLIDAR C1
・SLAMTEC RPLIDAR S2L(S2M1-L18)
・YDLIDAR T-mini plus
・LDRobot STL-27L(D800)
の4機種を購入したので比較します。


左から順にC1、S2L、T-mini、STL-27　φ40ピンポン玉はサイズ比較用

※屋外での自己位置推定目的の場合は測定距離30m以上が必要となります。
　この場合は長距離の2Dタイプを選ぶより3DタイプのLivox Mid-360等が良さそうです。

前回はlibcameraを使ってC++からCSI接続のカメラを読み出せるようにしました。
今回は2つのカメラを同時に使用できるようにプログラムを修正します。

おさらい

前回はedward-ardu様のサンプルを利用させていただきました。
https://github.com/edward-ardu/libcamera-cpp-demo/
このサンプルはラズパイ５発売前に作成されたものなので、カメラIDは0に固定
されています。そこでIDを指定する仕様に変更しました。これでラズパイ５に
接続した2つのカメラのうちどちらか片方を指定して利用できるようになりました。

まえおき

ラズパイ4などBullseyeまではraspi-config等でカメラを有効にすることで
v4l2経由で専用カメラ(MIPI CSI)を使うことができていました。
ところがBookwormからカメラの設定項目が消えました。BusterまではOS側でカメラの
ドライバを管理してたのが順次libcamera(およびrpicam)へ移管する様です。
参考：えいあーるれいの技術日記様
Raspi-Bullseyeでpicameraを検出するプログラムを作成する

さて、ラズパイ５でもOpenCV(C++)で画像処理を行いたいのですがラズパイ５は
Bookworm以降を使うので旧手段ではカメラを読み出せません。
PythonであればPicamera2で読み出せますがC++には対応していない様です。

そこで、libcameraを使ってOpenCV(C++)から専用カメラを読み出す環境を設定します。
libcameraのv4l2互換機能を使うとメインプログラムをそのまま使えるっぽいのですが、
未だ使い方を理解していないのでまずはlibcameraを直接使用する方法を試してみます。

※C++向けにOpenCVの環境が設定でき、C++でビルドできたものとします。
※2025/06/20　カメラモジュール V3(IMX708)に関して追記
※2025/07/01　OV5647を読み出せないことがあったので修正
※2025/07/10　v4l2-compat.soの使い方を追記

確認走行達成に向けた内容など
センサー関連情報
関連：つくばチャレンジ関連記事一覧

つくばチャレンジの走行エリアは
・待機調整エリア
・確認走行区間
・市街地区間（正式名称未確認）
に分かれています。

先の安全チェックをクリアしたロボットは
・確認走行区間の手動による動力走行
・確認走行区間の自律による動力走行
・市街地区間の手動による動力走行
が可能になります。
・市街地区間の自律による動力走行
を行うには確認走行区間を自律走行する認定に合格する必要があり、まずは
確認走行達成を目指すことになります。

確認走行では
・つくば市役所庁舎南のスタート地点から外周を決められた経路に沿って自動走行
・駐車場ゲート前横断歩道で一時停止　→　手動入力で走行再開
・認定員がロボット前方に障害物を設置し、これに接触しない（停止または回避）
・非常停止スイッチを押して停止
を行います。

確認走行区間 難所(2024年)

2025年は市役所建屋を反時計回りに周回します。
南西の下り坂が上り坂となります。
また、草の多い箇所を走行する必要があるので若干走破性の向上が必要になる可能性があります。

安全チェック合格に向けた内容など
主に「危険な突起部」に何が該当するのかの説明
関連：つくばチャレンジ関連記事一覧
※2025/06/18　各リンクを2025年度版へ更新

仕様条件等
・ロボットの仕様条件(2024)
・ロボットの仕様条件(2025)
・配布書類・各種様式　＞　実機実験に伴う提出書類　＞　安全チェックシート

審査員による安全チェックは安全チェックシートの項目に沿って確認が行われます。
仕様条件とあわせて安全チェックシートの内容を確認しましょう。

なお、細かい説明はありませんが、安全チェックは駐車場ゲート近くに設置される
テントで行われます。

車両設計概要

ロボットコンテストなどと同様に指定された
　全長：1.2 m 以下
　全幅：0.75 m 以下　※今後 0.75m→0.7m へ変更される予定
　全高：0.6 m 以上、1.8 m 以下　※今後 1.8m→1.2m へ変更される予定
　重量：125 kg 以下
　最高速度：6 km/h 以下
を満たすように設計してください。

屋外で全く手を触れずに自律走行させ続けることになり、暴走した際に走って
追いつけない速度だと対応できなくなります。逆に遅すぎると実験や移動が
めんどくさくなったり、信号が渡り切れなくなったりします。
まずは2～4km/h（0.5～1m/s）ぐらいで設計・選定するのが良いでしょう。