センサフュージョンがうまくいかない理由 — 時刻ずれ・座標系・外部較正

ブラウザで時刻・取付位置・軸を比較する

上のパネルで理想的な計算例を比較できます。ROSやローカルPythonは不要です。値が食い違う別々の理由を示す教材で、融合フィルタ、校正の推定、実機診断は行いません。元の切り分け手順は下に残しています。

時刻差: Δtは「比較する値の時刻−基準時刻」です。表示する差は x(t+Δt)−x(t)=vx Δt と heading(t+Δt)−heading(t)=yaw_rate Δt。正なら後、負なら前の値を比較します。1 m/s・90 deg/s・+50 msでは+0.05 mと+4.5°です。固定軸方向の等速移動と一定角速度の別々の例で、旋回軌跡の積分やフィルタ誤差の予測ではありません。Δtを特定ドライバの通信遅延やタイムスタンプ誤差の符号と同一視しないでください。停止中は時刻の違いが見えなくなることがあります。許容値は提案しません。

取付位置: 下の図は同じ瞬間の速度です。body軸はx前方・y左・z上、正のyawは+zから見て反時計回り。入力する基準点の速度はbody軸の v_base=(vx,0) です。r=(rx,ry) は基準原点からセンサ原点への位置で、body軸で表します。ω=yaw_rate × π/180 とすると、位置による速度差は ω×r=(-ω ry, ω rx) m/s。したがって v_sensor_body=v_base+ω×r です。位置図はm、速度図はm/sで、別々の尺度です。センサ軸の矢印は表示用に長さ0.15 mとしています。速度図は成分を比較するため原点をそろえたもので、走行軌跡ではありません。

取付方向: R_bs はsensor成分をbody成分へ回転します。仮想的なセンサ点の並進速度を v_sensor_components=R_bsᵀ v_sensor_body で作ります。body軸へ戻しても、それはセンサ点の速度です。既知の ω×r を引いて初めて、この理想計算で入力した基準点の速度に戻ります。同じ正確な幾何条件を使っているので、校正を推定した結果ではありません。仮想的な速度測定であり、IMUの生の加速度・角速度出力ではありません。加速度の取付位置効果は扱いません。

「未補正の成分差」は、別の位置・別の軸で表した数値をわざと引いた誤った比較で、フィルタのイノベーションではありません。条件によっては誤った比較でも打ち消し合ってノルムがゼロになります。「代数的な復元残差」は同じ正確なモデルを使った後の浮動小数点丸め誤差で、自己位置の精度や実機校正の正しさを示しません。表では各ベクトルの測定点と軸を明記します。

その場旋回、取付位置ゼロ、左側の取付、逆回転、90°の取付方向を比較してください。取付角を変えるとsensor成分が変わりますが、物理的なbody軸の速度は変わりません。Δtの変更は時刻の教材だけに影響します。初期設定の0.2 m・90 deg/sでは取付位置による速度差は約0.314 m/s。記事の別の例1 rad/sでは0.2 m/sです。deg/sとrad/sを区別してください。

入力はすべて合成・誤差なしの仮定です。共分散、雑音、可観測性、滑り、バイアス、補間、TF参照、時計同期、ROS実行、融合推定器は含みません。A/Bの位置図・速度図はそれぞれ共通の尺度です。操作範囲は教材の仮定です。点の変換は別の座標変換Lab、再生条件は再生Labを参照してください。

参考: REP-103の座標規約、Modern Roboticsの剛体上の点の速度。2026-09-20確認。サイト既存の平面回転関数と剛体速度式の平面形を使用します。