光学センサによる自己位置推定を基礎とする災害対応ロボットの不整地走行支援システム

基于光学传感器自位置估计的救灾机器人不平坦地形驾驶支持系统

• 批准号: 11J02870
• 负责人: 岡田 佳都
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J02870/
• 关键词: 移動ロボット; クローラ型ロボット; レスキューロボット; 自己位置推定; 光学マウスセンサ; 拡張カルマンフィルタ; 測域センサ; 自動制御

地震やテロなどの被災地において人間が探査活動を行うことには大きな危険が伴うため,被災者の探索や被災建造物の内情調査への遠隔操作型の災害対応ロボットの活用が注目されている.本年度は,災害対応クローラ型ロボットの遠隔操作を支援するための,複数の光学センサを用いた三次元自己位置推定手法の開発を実施する計画であった.成果としては,後述のとおり順調な進展を得た.まず,上記の研究目的を達成するため,不整地移動ロボットに関して豊富な研究実績のある米カーネギーメロン大学Field Robotics Centerに24年7月から8ヶ月間渡航し,今年度の主な研究開発を行った.渡航先では(A)複数台の光学センサを搭載した計測モジュールめ改良ならびに(B)光学センサなどによる計測から位置推定を行うフィルタリング手法の開発を行った.(A)複数台の光学センサを搭載した計測モジュールの改良:計測モジュールを構成するセンサや光学部品の種類ならびに配置の見直しを行った.なかでも重要な改良は,投光部と受光部の配置を見直し,光学系を分離型から同軸型に変更したことである.同軸型は分離型と比較して外乱光に頑強なことが知られており,屋外での使用が想定される本モジュールには有用な変更と考えられる.(B)光学センサなどによる計測から位置推定を行うフィルタリング手法の開発:移動ロボットの位置推定に関しては,本研究で取り上げた光学センサによる手法以外に,クローラや車輪の回転量を計数するオドメトリや,カメラ画像の移動に伴う遷移を抽出するビジュアルオドメトリといった手法があり,これらによる計測結果を統合することでより正確な位置推定を行えることが知られている.開発した統合手法は拡張カルマンフィルタを用いるものであり,車輪やクローラのすべりを計測モデルに組み入れることで,より正確に各計測を統合できる.この成果は25年度中に学会あるいは雑誌論文として発表予定である.

由于人类在遭受地震、恐怖主义和其他灾害影响的地区进行勘探活动具有高度危险性，因此今年利用遥控救灾机器人搜寻灾民并调查受损建筑物内部状况的做法备受关注。我们将开发一种新技术来支持灾难响应履带式机器人的远程操作。该计划是开发一种使用多个光学传感器的三维自身位置估计方法。结果，取得了如下稳步进展。首先，为了实现上述研究目的，卡内基梅隆大学领域，拥有一个有关移动机器人的丰富研究记录。机器人技术我从2014年7月开始到中心工作了8个月，进行了今年的主要研发工作，在这次旅行中，我能够（A）改进配备多个光学传感器的测量模块，以及（B）改进配备多个光学传感器的测量模块我们开发了一种根据测量结果估计位置的过滤方法 (A) 配备多个光学传感器的测量模块的改进：我们重新审视了构成测量模块的传感器和光学元件的类型和布局。最重要的改进包括重新审视光发射器和光接收器的布局，以及将光学系统从分离式改为同轴式。众所周知，同轴类型比分离类型更能抵抗环境光，我们相信这对于该模块来说是一个有用的变化，预计将在室外使用。 (B) 开发通过光学传感器等测量来估计位置的过滤方法：关于移动机器人的位置估计，除了本研究中讨论的光学传感器方法之外，还包括计算履带的旋转量的里程计和车轮，还有诸如视觉里程计之类的方法，它可以提取与相机图像的移动相关的过渡。众所周知，通过整合这些方法的测量结果可以实现更准确的位置估计。所开发的整合方法使用扩展卡尔曼滤波器，通过将车轮和履带滑移纳入测量模型，可以更准确地整合每次测量。该结果计划于 2025 年在学术会议上或作为期刊文章发表。