【RTK22】MovingBaseで部材のタワミを測定できるか実験した＜Lengthが好適＞

RTK22は、従来の精度分解能を一桁あげて0.1mm単位で、統計処理をすることで、精度を確定させる測定をしてます。測定データの信頼性範囲が判るので、きわどい測定もトライしてみました。

●スキー板のたわみの測定のアイデア
２０２２年度は、スキー板のたわみを測定するためにひずみゲージを取りつける準備をしてきたのですが、Movingbaseを使っていればmmオーダーの相対位置が測定できる点を活用したアイデアがでました。
MovingBaseがmmオーダーで計測できる解説はこちら
「スキー板のたわみをアンテナ間のLengthで測定できないか？」
これができれば、ひずみゲージシステムをスキーに搭載する難工事を無くせるので、開発工数が半減します。
ですので、多少手間をかけてMovingBaseでたわみを測定できるか治具を作って基礎実験しました。

●測定方法と治具
■場所：精密測定なので家のベランダでは無理なので河川敷に行って、Fix時間３０秒以内の仰角範囲が広い場所で行います。基準局はできるだけ近いところをつかいます。今回は、ＢＩＺＳＴＡＴＩＯＮ様の非公開基準局をお借りしました。２ｋｍ程度しか離れてません。
■MovingBase　Ardusimple社のBaseとRoverの設定ファイルをSimpleRTK2B基板２枚に書きこんであります。
SimpleRTK2B liteを使ってないので、Baseから各種メッセージを得られるので、高精度システム化できてます。
両方のＦ９ＰチップからNAV-PVTとNAV-RELPOSNEDを読み込んで高精度値（０．１ｍｍ単位）に変換して
その場でM5StickCで液晶モニターするのと、ログマイコンで全関係データをバイナリーとＣＳＶデータをＳＤカードにログしてあります。ＩＭＵのデータも同時にＣＳＶデータにいれてあります。
■治具：棒切れに６８ｃｍ間隔でアンテナを設置して、Ｒｏｖｅｒのアンテナを薄い穴あきアルミ複合材上に固定してたわみ易い構造にしてあります。
■アンテナは、棒状のヘリカルを使ってあります。パッチアンテナのほうがマルチパスに強いのですが、部材の傾きを変位に変えるにはアンテナ筒の長さ分変位が大きくとれるのでヘリカルにしました。測定方法が確立できたらパッチとヘリカルの差を実験してみます。

M5StickC内蔵のＩＭＵを活用して、カルマンフィルタで角度表示してます。
静的な角度なら、加速度のＡＴＡＮのほうが精度いいですが、動きが入った場合は、カルマンフィルタのほうが
破綻しないでなめらかに角度変化に追従してくれます。ジャイロデータ補正があるからです。
TKJ Electronicsさんのカルマンフィルタライブリーを使ってます。サンプルプログラムをコピペでできます。
https://www.arduinolibraries.info/libraries/kalman-filter-library

このM5StickCは、ＩＭＵ表示をしながら測定データをモニターへ無線送信する役目もしてます。

たわませるときは、腕につけたM5StickCnoモニターをみながらやります。ESP-NOWで無線受信してるので便利です。

●ＲＴＫシステム

ＳＴＡ２２のシステムに対して、RoverのF9Hの代わりにRoverもF9Pにして、Roverの絶対位置も計測できるように
変更した。コストダウンのためにＦ９Ｈを採用したが、スキーのたわみが測定可能となれば
Ｆ９Ｐ２個使いにして、Ｆ９Ｈは使わない選択肢もありです。
システムの仕様は、バグとりが終わったところで、まとめてご紹介します。
高精度、統計計算付きなので、プログラムに大変手間取ってます。ログデータ項目が多いのでTeensy4.1でないととても処理速度が間に合わないので、Teensyを選んで正解でした。

●測定結果
１）Lengthの無負荷時の３シグマばらつきが5.53mmあるので６mm以上の変化があれば
　　Lengthの変化として認識してよい。

２）Lengthと垂直距離Ｄと傾き角も、たわみに追従する傾向があるが、相関がとれるかは次回実験。

３）全体が傾いた場合、Lengthは変化がないが、垂直距離と傾き角は大きく変化してしまうのでLengthがたわみの
表現に向いてる。