まわり全部の距離を知る ―
LiDAR T-mini Plus

ロボットが迷路を走るには、まわりに壁があるかどうかを知る必要があります。前だけでなく、右も左も後ろも。LiDAR は、それを一度にまとめて測る部品です。

ライダー（LiDAR）は Light Detection And Ranging の略です。光を使って、物までの距離を測るという意味になります。

名前は難しそうですが、測り方そのものは単純です。

光が往復する時間をはかる ― ToF のしくみ

センサーから光を出し、物に当たって跳ね返ってくるまでの時間を測ります。光の速さは決まっているので、時間がわかれば距離が出ます。

この測り方を ToF（Time of Flight）といいます。LiDAR も ToF です。別の仕組みではありません。

ただし、光は1秒で地球を7周半します。1m先の物までの往復にかかる時間は、約1億5千万分の1秒。1cm を測り分けようとすれば、150億分の1秒を見分けることになります。これをやってのける電子回路が入っているのが、この部品の中身です。

ToF センサーとの違い ― 1方向か、360度か

よく使われる ToF センサー（VL53L0X など）は、前の1方向だけを測ります。LiDAR は、同じ測り方をしながらセンサー自身が回ります。

4方向を知りたいなら、ToF センサーを4個つければ済みます。実際そうしているロボットは多くあります。では LiDAR は何が違うのか。

「斜め」が取れることです。センサー4個では、前・右・後ろ・左の4つしか分かりません。LiDAR なら、23度の方向の距離も読めます。ロボットが少し斜めを向いていても、そのぶんを差し引いて壁までの距離を出せます。

もうひとつ、ぶつけても1個で済みます。4個を四方に出しておくと、壁にこすったときに全部やられます。

どこで使われているか

LiDAR は、すでに身のまわりで動いています。

遺跡の例は、少し説明が要ります。LiDAR は1方向につき1点ではなく、たくさんの点を取ります。木の葉に当たって返る点もあれば、葉の隙間を抜けて地面まで届く点もある。いちばん遠い点だけを残せば、森の下の地面の形が出てきます。この方法で、中米のジャングルで未発見の都市が見つかっています。

レスキューメイズで何が変わるか

ロボカップジュニアのレスキューメイズは、壁で仕切られた迷路を自分で進み、被災者を見つける競技です。ロボットは1マスごとに、前後左右の壁の有無を知る必要があります。

私たちが LiDAR を選んだ理由は、2つ目の行です。迷路のマスは壁で囲まれています。ロボットが少し斜めを向いたまま距離を測ると、壁までの距離が実際より長く出ます。マスの中央だと思って止まった場所が、ずれていく。

LiDAR なら、壁は「点が一直線に並んだもの」として見えます。その線の傾きが、ロボットの傾きです。

もちろん、いいことばかりではありません。

T-mini Plus の仕様

私たちが使っているのは YDLIDAR T-mini Plus（秋月電子 130098・税込 14,800円）です。

1周で何点取れるのかを計算してみます。毎秒4000点を、毎秒6回転で割ると、1周あたり 約667点。360度を667点で割ると、0.54度に1点です。仕様の「角度のこまかさ 0.54度」は、この割り算から出ています。

迷路のマスは30cm四方です。0.05〜12m という範囲は、迷路には十分すぎるほどあります。むしろ最短の 0.05m のほうが効いてきます。壁から5cm より近づくと、その方向は測れません。

実際に Pico につないで距離を読むところは 正面までの距離を読む ― LiDAR をつなぐ にあります。配線・電源・パケットの読み方と、そのまま書き込めるプログラムです。