複数の移動ロボットによる 協調的な行動： 情報共有に基づく お片づけロボットのシステム開発 中京大学大学院 情報科学研究科 可知大資 中谷聡太郎 白井英俊

目的 仮想空間上で提案された片づけロボット を現実空間において実現する

Housekeeping With Multiple Autonomous Robots

Aker ら（ 2011 ）の提案した仮想空間上での 常識推論に基づく片づけロボットシステ ム ロボットは事前に与えられた情報を用い て、部屋を片付ける（部屋に散在するモ ノを所定の位置に運ぶ） 1 台では片付けることのできないモノを発 見した場合、複数台で片付ける ロボットは同一のアルゴリズムで動く

本研究の片づけロボット Aker らの研究では考慮されていなかった不 確実性とロボットが協調するための動作 について考察 ただし、物をつかんだり複数のロボット で一つのものを運んだりする、という機 能は実現できていない 共同研究者との協調作業：ハードウェア とソフトウェアそれぞれを分担

Aker らとの違い Aker ら本研究 片づけ機能 ○○ マップ情報の共有 ○○ 複数台での片づけ ○○ 同一のアルゴリズムで動く ○○ 現実空間で動作 ×○ 不確実性を考慮 ×○ これにより、ロボットが現実空間において行動で きる

ロボットの移動における誤差 ロボットは自身に搭載されたセンサの情報を元 に自己の位置を推定する（デッドレコニング） 不確実性

不確実性を減少させるために ランドマークを設置し、そこまでの距離 情報を取得し、拡張カルマンフィルタを 用いて自己の位置を推定する

ロボットシステム ロボッ ト シミュレー タ コントロールセンター ハードウェア ソフトウェ ア コントロールプログラ ム

ロボットシステム 研究をハードウェアとソフトウェアの２ つの両面において行う ハードウェアではロボットの製作と、ロ ボットとコントロールセンターとの通信 について検討 ソフトウェアではコントロールセンター の動作アルゴリズム、およびロボット単 体のコントロールプログラム ( 行動計画、 移動、通信 ) の検討をシミュレータを用い て行う

ロボットに必要な機能 ランドマークや片付けるべき物体、他の ロボットを認識するための画像処理機能 移動のためのサーボ制御機能 障害物検知のためのセンサ制御機能 コントロールセンターとの通信機能 これらの機能を使って、片付けの順番を スケジュールし移動経路を生成する機能

実装 ① ランドマークや片付けるべき物体、他の ロボットを認識するための画像処理機能 – Web カメラとソフトウェアライブラリ コントロールセンターとの通信機 – PandaBoard の通信機能を用いて実装

実装 ② 移動のためのサーボ制御機能 – Arduino を用いて実装 障害物検知のためのセンサ制御機 – Arduino を用いて実装 スケジューリング機能 共同研究者の作成したコントロールプログラム

実装 ③ Arduino や Web カメラから情報を取得する ための ARToolKit は、 Ubuntu をインストー ルした PandaBoard によって制御される

片付けシステム PandaBoard Arduino センサ・サー ボ ARToolKit コントロールセン ター コントロールプログラ ム Web カメ ラ ロボッ ト ソフトウェア

完成したロボット

ロボット仕様 基本性能 – 速度： 15.6cm/s – 最大検知・計測可能距離： 100cm （超音波セ ンサ） – 最少検知・計測可能距離： 7cm （超音波セン サ） – 最大検出距離： 300cm （ Web カメラ） – 有効検知範囲：前方 -60 ～ 60° （ターレット付 ） 本体サイズ – 縦 23cm – 横 22.6cm （車輪含む） – 高さ 16.5cm （ Web カメラ含む）

搭載されているセンサ 障害物検知・距離計測：超音波センサ 前方の障害物の検知・距離計測に使用 近接物検知：赤外線センサ 超音波センサの検知から漏れた障害物の検知 方位測定：デジタルコンパスモジュール ロボットの旋回に使用 Arduino によってこれらを制御する

ARToolKit 検出されたマーカーの情報 からカメラに対するマーカ ーの 3 軸情報を計算する この機能を使ってロボット （カメラ）からマーカーま での距離を算出する 距離情報や ID を用いて自己 位置推定や、物体判別を行 う

作成したマーカー ロボット・マーカー 目標物・マーカー ランドマーク・マー カー

マーカー別の機能 ロボット・マーカー 他のロボットの認識 協調的に片付ける場合に使用 目標物・マーカー 片付けるべき物体の認識 どこに片付ける物体なのかなどの判別に使用 ランドマーク・マーカー 自己位置推定における位置情報の取得に使用

実験 ロボットを移動させ、ランドマークの距 離を計測し、自己の位置を推定させる

実験フィールド 150cm*150cm の空間 ロボットは初期位置か ら右へ 57 度前方へ 30cm 直進する その都度ランドマーク の距離を計測する そのデータを拡張カル マンフィルタにかける ランドマーク ロボット

実験結果 ① + – 理論値 * – 実測値 K – フィルタリ ングした値

実験結果 ② 1 回目 4 回目 E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 2 回目 5 回目 E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 3 回目 E E E E E E E E E E E E-01

考察 ① ARToolKit によるランドマークとの距離を算 出する場合において、ロボットとランド マークとの角度の誤差が大きく、拡張カ ルマンフィルタにフィートバックするこ とができなかった 結果として、拡張カルマンフィルタが本 来想定していたほどの精度が出なかった

考察 ② デッドレコニングの値が、ロボットの移 動速度に依存しているため、ロボットの 速度が変わるとデッドレコニングの値が 変わってきてしまう これにより実測値が異なっているのに、 フィルタリングした値がほぼ固定になっ てしまったと考えられる ロボットが現実空間を移動するには改良 の余地があると考えられる

まとめ 自己位置推定する場合において、ロボッ トからランドマークに対するランドマー クの角度を無視してしまったことや、デ ッドレコニングの値がほぼ固定になって しまったことによって、思ったような精 度が出なかった しかし、この二つの問題を解決すること によって、より精度の高い自己位置推定 ができると考えられる

展望 自己位置推定の精度をより高めることに よってロボットが自律的に行動する場合 の誤差を収束させることが必要 片付けるといいながらモノを持って動く ということができていないので、ロボッ トがモノを持って動くことができるよう にする