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確率ロボティクスによる
自動探査システムの開発
情報システム工学4年
宇野研究室
カーンクアクーン ピシャイ
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目次






はじめに
先行研究
目的
概要
現状
予定
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背景
 RoboCupRescueはどんな大会？
 大規模災害
 自律型ロボット
 災害救助
 種類
① レスキューロボットリーグ
 仮設の災害現場
② レスキューシミュレーションリーグ
 バーチャル
 分野
 人工知能＋ロボット工学
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背景
 課題
 未知環境の地図生成と探査
「 姿勢と地図の同時推定 」 SLAM問題
 行動トラブルの予防
 周りの環境、行動
 センサによるデータの蓄積と解析
 状況に合わせて目的に繋がる行動
人間
ロボット
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先行研究
システム
「 探索ロボット制御システム
RubyUSARSim 」
 言語
・・ Ruby
 シミュレーション
・・ USARSim USARSim
 環境、ロボット
計測・制御クラス
データ
 サーバ－ロボットの通信
・Robotクラス
（データ送受信）
・Robotmapクラス
 計測・制御クラス
マッピングツール
 位置、姿勢
・・ INSセンサ
 地図生成
・・ 占有格子地図
 マッピングツール ・・ OpenGL
・・・・・
・・・・・
・・・・・
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目的
 RubyUSARSimの改善
 未知な環境
 自動探査システムの開発
 単体ロボットによるもの
 自律的＋効率的
 複数ロボットによるもの
 協調行動
図：大体の流れ
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概要
 環境
 UnrealEdによるもの
 NISTによる災害環境のマップ
 例）Yellow,Orange,Red
 自律型ロボット
 P2AT
 測域センサ
 レーザスキャナ LMS2000
 INSセンサ
 ジャイロ＋加速度計
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概要
 占有格子地図
 Occupancy Grid Map
 確率変数の２次元配列
 障害物のある確率
確率
0.0
0.5
1.0
 マップ更新
 Ray Tracing更新法
 バイナリベイズフィルタ
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現状
 単体ロボットによる探査
 マップデータの初期化
 グローバル探査
 ローカル探査
マップデータの初期化
グローバル探査
ローカル探査
 複数ロボットによる探査
 マップデータの共用
 協調行動
マップデータの共用
協調行動
・・・
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現状
 グローバル探査
 フロンティアベースド探査
 未知領域と隣接する
境界の抽出
 バイナリマップ
 探査済セル → 黒
 未探査セル → 白
 境界である条件
 探査済セルである
 障害物ではない
 問題 : 具体的にどこに移動するか
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現状
 グローバル探査
 境界を小さい境界に分割
 平均座標の計算
 移動経路の探索
 A*アルゴリズム
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現状
 単体ロボットによる探査
 マップデータの初期化
 グローバル探査
 未知領域と隣接する
境界の抽出
 小さい境界に分割
 境界の選択
 平均座標の計算
 移動経路の探索
 移動
 ローカル探査
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現状
 追加
smartシリーズ
制御メソッド
INSセンサ
 移動モジュール
 制御結果がINS
センサに反映する
時間の測定


前進後進・・1.5秒
右左回転・・1.0秒
 arriveシリーズ
 連続移動モジュール
sleep状態
sleep状態
smart
smart
smart
・・・
前進後進
時間（秒）
時間（秒）
5.000
4.000
3.000
5.000
2.000
1.000
0.000
2.000
4.000
3.000
1.000
0.000
0
2
4
6
8
10
12 回目
0
2
4
6
8
10
12
回目
2
4
6
8
10
12
回目
右左回転
時間（秒）
時間（秒）
5.000
5.000
4.000
4.000
3.000
3.000
2.000
2.000
1.000
1.000
0.000
0.000
0
2
4
6
8
10
12
回目
0
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現状
 追加
 拡張可能なマップ（2D)
 拡張可能な２次元配
列
 ４つ
 マッピングツール
 占有格子地図
 バイナリマップ
 境界
x <= 0
y >= 0
x >= 0
y >= 0
x <= 0
y <= 0
x >= 0
y <= 0
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予定
 単体ロボットによる探査
 ローカル探査
 障害物まで移動
 壁に沿って移動
 衝突防止＋適応行動
 複数ロボットによる探査
 マップデータの共用
 協調行動
 グローバル探査
 ローカル探査
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おわり
ご清聴ありがとうございました。
Thank you very much for your attention.
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構成要素の詳細
 シミュレーション ・・ USARSim
USAR
 計測・制御クラス
 マッピングツール・・ OpenGL
クラス
ツール
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シミュレーション
USARsim
 USARsim :
Urban Search And
Rescue simulator
 都市内探査、及び救助
シミュレータ
 FPSゲームで使用される
「 Unreal Engine 」
 ロボットや環境を
３次元にシミュレート
 数のロボットの設計
データを提供
 自己設計も可能
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シミュレーション
概要
 サーバとクライアント方式
 TCP/IP
 クライアント
 Unreal Client
 コントローラ
 サーバ




Unreal Engine
ゲームボット
マップデータ
モデルデータ
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Regional Qualifying Arena
20
計測・制御クラス
21
マッピングツール
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ロボット
仕様
 P2AT




ActivMedia Robotics社
全地形対応
50x49x26 cm3
14 kg
 センサ
 ソナー距離センサ 前後8個ずつ
 レーザスキャナ
 INS（Inertial Navigation System）
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センサ
 測域センサ
 レーザスキャナ LMS2000
 １８０度の距離情報
 INSセンサ




慣性航法装置
Inertial Navigation System
ジャイロ ・・ 方角
加速度計 ・・ 速度、距離
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バイナリベイズフィルタ
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A*アルゴリズム
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連続移動モジュール
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拡張可能なマップ
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