屋内施設での先導案内ロボット T213005　一柳良介

研究背景 近年、ロボットが工場や被災地などの危険地帯だけでなく、掃除ロボットや介護ロボットのように人間の生活環境へと活動場所を広げている。 ルンバ 介護支援ロボットRIBA（リーバ） 2

研究目的 ・中京大学八事校舎11号館6階の屋内施設で入り口から指定された研究室に移動できるロボットを設計・作成

開発環境 ・iRobot Create ・Processing-3.2.3 ・QPToolkit ・Webカメラ ・Arduino UNO ・赤外線センサー(GP2Y0A21YK) 2個

iRobot Create iRobot Create 今回移動ロボットとして利用するのは、自動掃除機ルンバを提供しているiRobot社さんのiRobot Createという製品です。 こちらはiRobot社さんが自動掃除機ルンバをクリエイター用に掃除機能を取り払ったものであり、プログラムで命令をすることで自在に制御できるものとなっています。 また、iRobot Createには積載スペースがあり、案内ロボット作成までに必要となってくるカメラやアクセサリなどを付けることが可能になっています。 iRobot Create 5

研究の流れ 11号館6階の入り口から各研究室までの移動経路を考え、経路に沿って移動するプログラム作成 移動経路に沿って移動していることを確認する必要があるため、QPToolkitを利用して自己位置推定を行い、ロボットが適宜移動修正をした。 案内ロボットとして利用できるようにロボットにPCを積載し、PC画面上でインターフェースを作成した。

１．移動経路 ・あらかじめ１１号館６階の研究室の配置図を入手し、それぞれの通路を計測 ・入り口から各研究室までの移動経路を考える 入り口 青森研 白井研 平名研 輿水研 松原研 ：案内ロボット

1 ２．自己位置推定法 ・カメラを原点としたマーカーの3次元座標を取得することで、ロボットの自己位置推定を可能 配置するマーカー例　(4cm)　

QPToolkitについて ・Webカメラと紙に印刷されたマーカーを使って位置姿勢計測を行えるフレームワーク http://kougaku-navi.net/QPToolkit/#overview QPToolkitでは，「QPServer」と呼ばれるサーバプログラムを使用します． QPServerは，カメラから得たリアルタイムのビデオ画像からマーカを認識し，そのIDや位置情報をTCP/IP経由で放流します． このQPServerと，それに関連するライブラリ（開発中）を含めた全体をQPToolkitと呼んでいます． QPServerの使い方は簡単です．ネットワークに接続されたコンピュータを１台用意して，そこにWebカメラを挿し，そこでQPServerを起動するだけです． あとはネットワークに接続されたさまざまな機器がそのコンピュータにアクセスして，マーカの位置計測情報を得ることができます． データの受け手はTCP/IP通信ができるものならば何でもよく，スマートフォンやiPad、マイコン（例えばArduinoのイーサネットシールド）などでも 利用することができます．もちろん，QPServerを動作させているコンピュータとデータを受信するコンピュータを同じものにすることも可能です． QPServerの特徴としては　ARToolkitとの違い() (カメラで撮影することによって簡単にマーカの登録や削除が行えます) マーカには英数字の名前をつけることができます マーカは個別に違うサイズを用いることができます マーカ認識のする・しないをマーカごとに設定することができます (出力したいデータ項目を選択することができます ) (データの放流の仕方は「完全自動」と「コマンド受け付けによる方法」の２種類が選べます)

QPToolkitの距離精度測定(10回分) 実際の距離 平均 標準偏差 誤差率(%) 単位：mm 150 139 1.00 7.33 200 187 0.58 6.33 250 232 6.93 300 276 7.89 350 325 7.14 400 373 0.00 6.75 450 417 2.52 7.26 500 465 7.00 550 506 8.00 600 555 1.53 7.39 650 603 7.13 700 653 6.71 750 705 1.15 5.91 800 747 15.3 6.54

自己位置推定で使用するマーカー配置図 11号館6階地図 入り口 青森研 白井研 平名研 輿水研 松原研 ：案内ロボット marker3 11号館6階地図　

３．案内ロボットのインターフェース ・PC画面上に各研究室を選択できる画面を作成 ２が押される

到着後の反応 ・到着するときにロボットから音をだし、PC画面に「XX研究室に到着しました。」と表示 PC画面

研究結果 ・実際にロボットを動作させたが、人間のサポートなしには指定された研究室への移動中に壁に衝突し、辿り着けなかった。 ・そこで、移動中に壁に衝突しないように改良の必要性が明らかになった。

改良版ロボットの研究 ・移動中にロボットが壁に衝突することを防止するために、赤外線センサーをロボットの両端に搭載し、壁からの距離を計測するようにした。 それにより、ロボットの姿勢や位置を把握し、適宜移動修正を可能にする。

ロボットの壁衝突を避ける ・赤外線センサーから距離を取得して、前後での距離の差分からロボットが壁に平行な姿勢になるように回転し、壁への衝突を避ける。 ： ロボット移動後 ： ロボット移動前 ： 修正前のロボットの移動経路 ：移動後の壁までの距離 ： 修正後のロボットの移動経路 ： 壁 ：移動前後の壁までの距離差分 ：移動前の壁までの距離

改良版ロボットの研究結果 研究室名 試行回数 成功回数 (到着) 青森研 5 白井研 4 平名研 10 8 輿水研 松原研

白井研究室まで案内させる

考察 ・研究室に辿り着くことができなかった原因として、入り口から当該研究室までは長い直線通路があり、そこでは片側に壁がないため、赤外線センサーでの距離計測が困難であることが要因となり壁に衝突したと考えられる。 ・直線の通路において壁に凹凸がある場合にロボットが壁と正面衝突することがあった。

展望 ・凹凸の壁との正面衝突を避けるために、ロボット正面に赤外線センサーを正面につけることで避けることができると考えられる。 ・案内ロボットとしての利用価値をさらに高めるには、人間に提示する画面の高さを調整できるようにする必要がある。さらに、案内時において人間などの障害物が進路上に現れた時の対処・工夫をすることにより、安全性も考慮した実用的なロボットの実現が可能になる。

ご清聴ありがとうございました。