ドローンを円を描くように周遊させたい

Question

何をしたいか

トイドローンのTelloを使って人物の周りを周遊させながら写真を撮影しフォトグラメトリ化させることで3Dモデルを作成できないかと考えています。

そこで、図のように常に中心を向きながら円を描くような制御を行おうと考えました。

ところが

ところが、　TelloをPythonで制御するライブラリの多くが、上昇や前進、旋回などのコマンドはあっても上記の要件を満たすコマンドが存在しません。
https://drone-an.pro/tellosdk_trans/04_tello_commands/

そこで、数学的な話になると思うのですが水平方向に円を描きつつ、常にカメラが円の中心を向くような動きを指定するにはどのような関数を考えたら良いのでしょうか？

追記

こちらが不可能であれば、8角形を描くように制御する方法を別に考えようと思います。そのほうが円形に無段階で動かすよりもカメラがぶれないので、こちらの方法がベターな可能性もあります。しかし、自分の知識のためにも数学的な演算で円形に動かす方法があればぜひ知っておきたいです！

Comments

[miyabi_pudding]

実機制御の事なので、私が知識・技術があまり明るくなく、こちらでなのですが、
基本動作の組み合わせだと考えます。
並行移動と、（確かできましたよね）旋回の組み合わせで、
目標物に対して同挙動をできるように計算させるには、アルゴリズムが必要でしょう。
なので、一発でその挙動を実現しようとするのではなく、基本挙動の組み合わせ、との考え方をすればいけるものだと思います。

[TakayukiMoriya]

確かにそうですね。もっと分解して細分化して考えた方が良さそうですね・・・・

[miyabi_pudding]

目標に対してX座標での円運動なので、
上から見たら想像しやすいかと。
目標との距離をrとした場合、
rを半径とした円が、ドローンの軌道になります。
あとは、円運動に要する時間を決めれば、自ずと、
並行移動の距離（r * 2 * π）、スピード、ドローンの回転のスピードを割り出し・・・とすれば、
目標に向き続ける円運動になるでしょう。

fanaさんの回答通りです。

Answer 1

ドローンがどんな動きできるのか知りませんが，
仮に，旋回と横移動が同時に実施できるのだとしたら，

旋回によって常に同じ箇所を見るようにしつつ，横移動すれば良いのではないかと思うので．
一周に要する時間　＝　円周 / 横移動速度
ということで
その一周に要する時間で360度旋回する速度で旋回させれば良いのではなかろうか，と．

Comments

[miyabi_pudding]

> 旋回と横移動が同時に実施できるのだとしたら

やっぱ、これですよね。

[fana]

ただ，私は，「ドローンってどのくらい正確に移動や旋回できるのか？」というのを全く知らないので，
こういう単純な話が実物に通用するのか？というのがわからないところです．
（もしも制御入力に対する結果のブレが無視できないとしたら，誰がどう対処(修正)する？）

[miyabi_pudding]

確かに。
ドローン自体は、二つ以上のプロペラのため、
ヘリコプターとほぼ同じ制動ができるかと思いますが、
それをプログラムにてどう制御できるか、によりますね・・・。
（誤差があるかどうかも含めて）
質問者さんには自分でいろいろ試してもらうしかないかと。

[TakayukiMoriya]

色々ありがとうございます。ドローンは撮影用以外にも機体下部にもカメラが付いていて、位相のずれを自己修正できる精密なもので、基本的には1cm単位で動きを指定できます。

[TakayukiMoriya]

半径Rの円を8角形に細分化して考えることにしました。
X方向にR-R*sin45°、Y方向にR*sin45°動かして、機体を45°回転させる、ということを８回繰り返すとできるはずです。やってみます！

[miyabi_pudding]

八角形の移動だと、一辺の並行移動中は旋回は行わないって事ですよね？
それだと、けっこう気持ち悪い動きになるかと思いますので、分解するならもうちょっと角数増やしたほうがいいような気がします。

[TakayukiMoriya]

そうですね。一応45°決め打ちじゃなくて変数φで定義して角度を自由に変えられるようにプログラムを作ってみる予定ですので、もう少し細かく動かした方が良くなった場合でもすぐに対応できると思います。フォトグラメトリ化するに当たっては8角形だと写真が足りないかもしれないですしね。
ありがとうございます。

Answer 2

移動と回転は同時にはできないようですね。
皆様にアドバイスいただいた内容を総合してコードを書いてみました。これでn角形半径R(cm)の円運動ができると思います。

from time import sleep
import tellopy
import math

n = 8#n角形
R = 90#円の半径(cm)

rad = 360 / n
X = R * math.sin(rad)
Y = R * (1 - math.cos(rad))

i = 1
        while i <= n:
            drone.left(X)
            drone.forward(Y)
            drone.clockwise(rad)
            drone.take_picture()
            pic = drone.take_picture()
            i = i + 1

take_picture()のコマンドを実行した後、撮った写真をどう保存するのか全くわかりませんが、これは追い追い勉強していこうと思いまいす。

ありがとうございました。

Answer 3

コマンドを見た印象として、同時に複数のコマンドの動作はできないのではないかと思います。
そうなると使えそうなのは4自由度で値をセットするrcコマンドくらいですが、これだけ値の単位が明確になっていないのが気にかかります。
やることは横に移動しながら回転させるだけなので、現物合わせでできなくもないかなという気はします。