建設ロボット

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1 フィールド評価会 ImPACT タフ ロボティクス チャレンジ 建設ロボット 建設機械技術をベースとした多機能災害対応ロボット 永谷圭司, 昆陽雅司, 多田隈建二郎 ( 東北大 ) 淺間一, 山下淳 ( 東大 ) 金広文男, 田中正行, 佐々木洋子 ( 産総研 ) 石上玄也 ( 慶大 ), 尾崎伸吾 ( 横国大 ) 鈴森康一 ( 東工大 ), 大道武生 ( 名城大 ) 横小路泰義 ( 神戸大 ), 吉灘裕 ( 阪大 ) Robin R. Murphy (Texas A&M University)

2 既に搭衝撃 高され 衝撃 既存技術 (a) を (1) 位置姿勢変 度を利用した特 通じて生まれ必要 に搭載した場合 を考慮した領域選択とい (1) 位置姿勢既存技術 (a) を基にに搭載した場合課題を検証衝撃 高加速度 また 瓦礫等レーザされ 衝撃推定に基づくスキャンデータ重ね合度を利用した特徴点選択といった改良を重ね 極限環境に対通じて生まれ必要機能を付加し たとえば 移動体 各建物区別を考慮した領域選択といった 次元地図へ意味づけ 情報付加 高機能化へ取 ImPACT TRC 建設ロボットコンセプト 衝撃 高加速度 また され 衝撃推定に基づ まずレーザスキャナと合わせて単体 (2) 移動ロボットによ音源探索 度を利用した特徴点選択とい ( 水平角 仰角 ) 2 次元音源定位機能 通じて生まれ必要機能を付加 よ D 音源位置推定へ拡張し 次元形状 を考慮した領域選択といった 次元 有線給電ドローン (2) 移動ロボットによ音源探索 D 空間内音源位置推定および 音種類認識 トす 本提案は特に ロボット動きや音 まずレーザスキャナと合わせて単体ユニットとな小型マイクロホンアレイを製作し 推定す機能を開発す ( 水平角 仰角 ) 2 次元音源定位機能を実装す 既存技術 (b) を基に 単体ユニットに まずレーザスキャナと合わせて単体ユニット よ D 音源位置推定へ拡張し 次元形状地図上に 次元音源位置 音種類をプロッ (2) 移動ロボットによ音源探索 D 空間内音 以上 2 つ 次元環境センシング結果は 遠隔操作者へ提 ( 水平角 仰角 ) 2 次元音源定位機能を実装す トす 本提案は特に ロボット動きや音源相対位置により確率的に音源位置を よ D 音源位置推定へ拡張し 次元形状地図上に 推定す機能を開発す した D 環境可視化インタフェースとして活用きとともに ロ 要な環境情報として動作計画にも利用可能あ オドメトリ情報が トす 本提案は特に ロボット動きや音源相対 場や混乱した場所特に効果を発揮すもと期待され さらに進捗状況によっては あいまいな場所を見に行く 音源に近づ 推定す機能を開発す 以上 2 つ 次元環境センシング結果は 遠隔操作者へ提示や現場状況把握を目的と した D 環境可視化インタフェースとして活用きとともに ロボットプラットホームに必 といった探索ため動作生成を実装き可能性があ [Advanced Success] 車輪移動ロボット ( 屋内用 Pioneer, 屋外用 Segway,Prius) によ 人混み経路生成 要な環境情報として動作計画にも利用可能あ オドメトリ情報が不要な本提案は災害現 以上 2 つ 次元環境センシング結果は 遠隔操作者へ提示や現場 移動技術 [ 文献 (5)] を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当方々 場や混乱した場所特に効果を発揮すもと期待され さらに進捗状況によっては あいまいな場所を見に行く 音源に近づいて確認す した D 環境可視化インタフェースとして活用きとともに ロボットプ 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を基に 各 要な環境情報として動作計画にも利用可能あ オドメトリ情報が不要な本 といった探索ため動作生成を実装き可能性があ [Advanced Success] 申請者らは 外界センサ群 場や混乱した場所特に効果を発揮すもと期待され さらに進捗状況によっては あいまいな場所を見に行く 音源に近づいて確認 車輪移動ロボット ( 屋内用 Pioneer, 屋外用 Segway,Prius) によ 人混み経路生成 自律 よ 音情報および環境形状を含む 次元地図作成機能を実現す 移動技術 [ 文献 (5)] を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当方々と といった探索ため動作生成を実装き可能性があ [Advanced Success] 申請者 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を基に 各 車輪移動ロボット ( 屋内用 Pioneer, 屋外用 Segway,Prius) によ 人混み経路生成 自律 移動技術 [ 文献 (5)] を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当方々と 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を基に 各 よ 音情報および環境形状を含む 次元地図作成機能を実現す 複腕によ対地適応性向上 よ 音情報および環境形状を含む 次元地図作成機能を実現す タフ器用な腕 遠隔操作システム 2

3 霧領 以上 2ゾル つ粒子次元大環境センシング結果は 遠隔操作者へ提示や 現場状況把握を目的と 以上 2 エア つ きさ次元環 境センシング結果は 遠隔操作者へ提示や 現 場 状 況把握 といった探索ため動作 生 成を実装き可能性があ[Advanced Success] 申 請者らは 度 1000 [nm]程 き技術シーズ 準備状況と 研究実施環境 係 したD 境可視化インタフェースとして活 きとともに ロボットプラットホームに必 環 用 関 光 可視 そような場合においてロボットなどを遠隔操作可能になような視覚情報を提示す 車輪移動ロボット(屋内 用 Pioneer,屋外用 Segway,Prius)によ 人混み経路 生 成 自律 した D 環境可視化インタフェースとして活 用きとともに ロボットプラットホ 子 大 き さ ことを目標としてい 波 長 と微 粒 ま ず 光 を構成 す 減すも ど な Minimum Success 必ず実現き としては赤外線マルチスペクトルセンサ情報と 射 霧 反 要な環境情報として動作計 にも利用可能あ オドメトリ情報が不要な本提案は災害 現 移動技術[文 献画(5)]を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当方々と 表 す 次元地図作成 [nm] 数百 模式 的に 可視光画像情報を融合し画像処理を行うことにより可視 画像からは認識不可能あ 要な環 境情報として動作計画 にも利用 可能あ オドメトリ情報が不要な本提案 を図 1 に m] か ら 千 次元地図作成技術は 手に持って走り回 振り回す等 セ 情報提示を行う 例えば図4は現在投稿中業績[1]結果はあがもやにより は 数 百 [n さ き 大 人間 場や混乱した場所特に効果を発揮すもと期待され 赤外線 可視画像は不可視あ遠く山テクスチャが近赤外線 エ ア ゾ ル画像と可視画像を融合した という特長を持つ また一般的な SLAM 利用すロボット また 場や混乱した場所 れてい 式図 特 に効果を発揮すもと期待され 情報取得 (東工大 東大 東北大 産総研) 画像は明瞭に認識きことが確認き と 言わ 報を必要としない Fig.1融合 は走りながら地図 成してい様 生 0 [nm]程 長関係模 75 波 と [nm]あ ら 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を基に 各 さ か き m] 大 [n 0 さらに進捗 況によっては あいまいな場所を見に行く 音源に近づいて確認す 状 子 40 粒 は博物館 階 5 階を一往復して得られた館内 D 地図 長は 図1 エ アゾ さらに進捗状 況によっては あいまいな場所を見に行く 音源に近づいて確 油圧システム コンポ 可視光波 波長と から 2, 分観測広範囲地図を作成き 特に近傍に 可視 光 ゾル れて い ア わ エ 言 霧向こうを透過 といった探索ため動作 成を実装き可能性があ[Advanced Success] 請者らは 生 申 は と ア 度 しかった屋外環境において効果を発揮す 災害現 場任 また (東工大 阪大) 視 光 は エ 等 しい といった探索ため動作 成を実装き可能性があ[Advanced Success] 申 生を含む さが ほぼ て い 可 よ 音情報および 環境形状 次元地図作成機能を実現 す ットホームによ高精度な D 地図作成を実現す は 幾何 ル 大 き とが知られ 従っ な状 況 こ う か よ き わ が 車輪移動ロボット(屋内 Pioneer,屋外 Segway,Prius)によ 人混み経路 成 自律 用 用 生 化 と こ ル こ い デ き モ す 大 り m] 用 Pioneer,屋外用 Segway,Prius)によ 人混み経路生 車輪移動ロボット(屋内 方 が 速に減 急 や 回 折に よ 2000 [n 新油圧制御システム を繰 り 返 し 1600 [nm] つ まり 反 射 あ波長 反射 や回 折 定 有線給電マルチロータ機 光 学的に 測 移動技術[文 (5)]を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当方々と 献 光 は り い よ 長 中 に サ 長 霧 ン 波 セ 移動技術[文 (5)]を有しており 提供いただくロボットプラットホーム制御担当 献 (高応答バルブによ性能飛躍) あ な 殊 方 ゾ ル集 合 あが特 とな 一 長 く こ 可視 融合画向 像 う側 は不可視 機械周囲情報取得 画像90m は不可 視 マルチモーダル画像融合 線 波 長が は 人 間に 赤外 光 霧 こ 合 て 帯 場 長 た 波 波 長を比 べ (可視光 赤外線)赤外線を考え こ と 赤外 線 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を基に 各 ル 大き さ ゾ ア きこ エ 化 ル 各要素技術関係 および全体流れを下図にまとめ 左列既存要素技術を 可視光は 霧 Full Success 実現すと見込んい としては申請者らが既に有す 探索 D 空間内音源位置推定および 音種類認識 が可能あ画像融合技術と ー散乱としてモデ 明 外界センサ群 照 は 2回減 レイリ 図1に示す 1600 [nm] 1800 [nm]帯赤外線センサを用いことにより濃霧や埃など 源地図作成は 1)全方位に高感度な小型マイクロホンアレイ っても減 あ な場合は う 乱 よ 散 etc.) ー(カメラ 赤外線センサ マイクロホンアレイ LRF GPS リ 視界が遮られてい状況におけ画像センシングにおけ視程拡大を見込んい 視程 機能を追加 向上させ 最終的には ロボットプラットホームに搭載したセンサユ イ ほ レ 減 有効な音源定位 分離手法[文 (7)] )ロボット聴覚た 反射 献 てい 状 回折によ とはもがはっきりと見え最大距離ことあり視程が拡大すことにより災害 とが知られ という つ要素技術を開発 統合し これらを車輪型ロボ け反射や お 環 状 現す よ 音情報および 境形 を含む次元地図作成機能を実 に に う 光 よ 視 況把握が容易にな こ 可 環境形状 を含む 次元地図作成機能を実 現 す よ 音情報および ボット移動を利用し音源地図作成を実 現してい さ れ ロボットハンド用 すも 熱放射 Advanced Success 実現き可能性があ としてまさに 見えないもが見え 視光カメラ とが期 待 子 果的な 1 対象とす予防減災 緊急対応 復旧現場と提供きソリューション 合によ効 () 情報融 ] [nm 建設ロボットを構成す技術 濃霧やほこり水蒸気等災害状況または現場状況が把握きない事態を想定してい Fig.2 日本科学未来館地図作成例 5 階を一往復した 次元地図 図4 画像融合例 霧向 測定 し な カ メラ 考えられ また1600 [nm] 1800 [nm]帯赤外線センサを波 用いことにより副産物的 m/s) 握を目指す な理由は 状況把 に熱源測定や被災者検出可能性があ グし 一つ 大 き う 極限画像処理 こう側 も す 用 利 を 境におい 線 環 ット ま た 赤外 特に閉鎖 ノイズ完全除去 半透明化 2 ソリューションを提供き技術シーズ 準備 状況と 研究実施環境 関係にあ 82mm Fig. 移動ロボットによ音源地図作成 と 明 照 図 2 に示す 任意視点映像 付加情報提示 音源を同時に検出きてい 2 しないこ 霧向こうが見え 技術開発可能性があ これは赤外線センサ活 急激に減用申請者ら 屋 ど 可 撮影対象 殊 知見あ画質改善技術および画像融合技術を駆使すことにより可能性が十分あと 外 線 を特 した 軽量アクチュエータ 赤外線は 1回み減 赤 長 長い ラ 赤外線カメ 線比較 視光と赤外 可 図2 多機能タフロボットハンド 4 球 形マイクロホ を実現 した[文献 行すロボットか エンドエフェクタ (名城大 東北大) 00m 以上先機械 程度同時検出 自律移動し 音源 場合にオペレー Fig.4 変電所内自律点検ロボットによ 異常音検出 律点検ロボットあ 次元空間内音源探索 地図作成 吸着ハンド 柔軟ハンド 建設ロボット機体 5 遠隔操作I/F 2重旋回機構 複腕 (神戸大 東北大 阪大 TAMU) 動力学 掘削シミュレータ 触覚提示 (産総研 慶大 横国大 阪大) 失敗時リカバリ (東大) 内部電装系コンポーネント故障診断 とリカバリ 俯瞰映像オプティカルフローを用いた 故障検知 (走行機能) 遠隔操作インフラリカバリ (通信) 高臨場感遠隔制御 (力覚提示) 情報提示システム 制御則 性能事前評価 遠隔操作トレーニング 20研究チーム 17研究テーマ

4 2 重旋回 複腕機構重負荷に対応可能な複腕機構 腕脚統合移動 カウンタウェイトを加えた重掘削 急傾斜地作業 不安定な足場も片手周囲を掴ん安定化 複腕作業 4

5 本日デモンストレーション

6 多様な周囲情報取得 安全確実な作業実現 有線給電ドローン 有線給電ドローン ( 東北大 永谷研 ) 第三者視点確保 長時間飛行 ピンポイント着陸 ケーブルを用いたドローン自己位置推定 ドローン空撮映像 6

7 多様な周囲情報取得 安全確実な作業実現 魚眼カメラ (X4) 前 後 左 右 多数魚眼カメラを搭載 カメラ映像 ( 元映像 ) 俯瞰映像 ( 画像処理結果 ) 任意視点俯瞰映像合成 ( 東大 山下研 ) リアルタイム視点変更 欠損画像補完 対象物半隠消映像も次ステップ追加予定 7

8 触覚を用いた極限ロボット操作支援昆陽雅司, 永野光, 齊藤真也 ( 東北大学 ) 目的 提案す手段 アームに伝播す高周波振動を計測 間接的に触覚情報を抽出 特長 エンドエフェクタ触覚を操縦者に伝えて繊細な作業を実現, 遠隔操作効率を改善 下部アーム振動計測 計測ユニット ( 無線 LAN) 既存機に後付け可能 建機由来ノイズを抑制 ヒトが知覚しやすい波形に変調 ピエゾ振動センサ (2ch: 低感度 高感度 )

9 力覚フィードバックため建設ロボット手先負荷力推定 ( 神戸大 : 横小路泰義, 荒木亮次, 竹内優佳子 ) 上部アーム手先負荷力を高精度に推定 シリンダ圧とリンク加速度情報を利用 操縦者に手先負荷力推定値をフィードバック 6 軸ハプティックデバイスを介した力覚提示 必要条件 衝撃に強く, タフな推定法 シリンダ圧センサと加速度センサ利用 特徴 1 静的負荷力に加え衝撃力を推定可能 静的負荷力 : アーム重力項や摩擦力考慮 衝撃力 : 加速度センサ信号から計算されアーム慣性力考慮 特徴 2 静的負荷力と衝撃力提示スケール適切な変更 静的負荷力と衝撃力を計算上分類可能

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<4D F736F F D C668DDA DC58F498D65817A8DE391E58EE591CC BA493AF8B408AD682A082E8294 平成 28 年 11 月 9 日 分野 : 工学系キーワード : 知能機械学 機械システム 知覚情報処理 ロボティクス 人間機械システム 情報センシング 遠隔操作性と繊細な作業性を備えた建設ロボットを開発 ImPACT タフ ロボティクス チャレンジによる新しい災害対応重作業ロボットの開発 評価会開始 : 平成 28 年 11 月 11 日 ( 金 ) 午前 10 時 ~@ 東北大学 ( 青葉山新キャンパス

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