2014 Fiscal Year Annual Research Report
気流操作ロボット群と操作者の協調により迅速かつ確実なガス源探知を実現するシステム
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25289055
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
石田 寛 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80293041)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遠山 茂樹 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20143381)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 知能ロボティックス / マルチモーダルインターフェース / 数値流体力学 / 計測工学 / 能動センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、危険物やガス漏れ箇所、環境汚染源を迅速かつ確実に探索するガス源探知ロボットシステムの開発を目指す。匂い・ガスは揺らぎを含んだ風に運ばれて広がり、複雑な形状の分布を形成する。本研究で提案するガス源探知マスターロボットは、単にガスを検出するだけでなく、レーザスキャナで室内環境の三次元形状を計測し、赤外線カメラで壁面温度分布を測定する。今年度は、収集したデータを用い、数値流体力学シミュレーションを自動的に行って室内の対流場を求める手順を確立した。これにより、気流に運ばれて広がるガスの分布をロボットが予測し、効率よくガス源を探索することが可能となる。レーザスキャナで得たポイントクラウドから壁面のサーフェスモデルを自動生成する。そこに赤外線カメラから得た壁面温度境界条件を自動設定して、室内自然対流場をシミュレーションにより求めることに成功した。
屋外など風の乱れが強い環境では、小型ファンを搭載した気流操作用スレーブロボットを並べ、定常的な気流場を自ら作り出す。今年度は、室内ホールにファンを配置し、ガス源探索実験を行った。ファンで環境を整えることにより、マスターロボットによるガス源探索の成功率が向上して100%となり、探索時間も半減した。また、屋外環境でも提案手法の効果を確認した。さらに、気流操作用スレーブロボットとしてクワッドコプターを用いる手法を新たに提案した。ガス源から放出されたガスをクワッドコプターが作る気流によってマスターロボットへと送り、迅速にガス源を探索する。
操作者によるガス源探索ロボット支援を可能にするため、嗅覚アシストマスクや嗅覚ディスプレイの開発も引き続き行った。嗅覚アシストマスクに関しては、装置を改良して可搬性を向上した。嗅覚ディスプレイに関しては、整流板により匂い提示用気流の乱れを軽減し、ガス源をモニタ画面上に提示する際の位置制御性を向上した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、（1）ガス源探知マスターロボットの開発、（2）気流操作用スレーブロボット群の開発、（3）操作者とロボットの協調を可能にするインターフェース（嗅覚ディスプレイ及び嗅覚アシストマスク）の開発に取り組む。いずれの課題においても交付申請書記載の研究計画における今年度の目標を概ね達成した。
ガス源探知マスターロボットの開発に関しては、ロボットが計測したデータを用いて数値流体力学シミュレーションを自動的に行う手順の確立を目標とし、これを達成した。
気流操作用スレーブロボット群の開発に関しては、屋外など様々な環境で実験を行って気流操作の効果を示すことを目標とし、これを概ね達成した。実際の室内環境や屋外環境でファンにより環境を整える実験を行い、マスターロボットによるガス源探索が容易になることを示した。また、気流操作スレーブロボットとしてクワッドコプターを使う新たな手法を提案し、その有効性を示した。
嗅覚アシストマスクや嗅覚ディスプレイなどのインターフェース開発においても、交付申請書記載の目標を概ね達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ガス源探知マスターロボットに関しては、ガス源の位置を効率よく探索することができるように、数値流体力学シミュレーションを行って求めた気流場の中でガス濃度分布の形状を予測することを試みる。また、室内にガラス窓があればレーザスキャナのレーザが透過し、部屋の形状モデルに狂いが生じる。そこで、ロボットが自動生成したシミュレーションモデルをコンピュータ画面上に提示し、人間がモデルを修正できるようにする。様々な自然対流場が形成された室内環境で部屋の三次元形状と壁面温度分布のデータを収集し、ガス濃度分布形状の予測精度を検討する。
気流操作スレーブロボットに関しては、引き続き屋外を含めた多様な環境でガス源探索を試み、本手法の有効性を示すと共に、適用限界を明らかにする。前年度には、マスターロボットの上空でクワッドコプターを旋回させ、クワッドコプターが作る下降気流を使って地表付近の気流場を整えることも試みた。この手法についても、屋外を含めた様々な環境で実験を行い、その有効性を示す。
嗅覚アシストマスクに関しては、増強した匂いを提示しながら被験者にガス源を探索してもらう実験を行い、その有効性を示す。
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