2013 Fiscal Year Research-status Report
環境磁気をランドマークとした自律移動法における磁気伝播解析及び磁気マップの作成
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25420210
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
尾崎 功一 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60282381)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 移動ロボット / 自律走行 / 磁気ナビゲーション / 磁気マップ / 地磁気 / モビリティロボット実験特区 / つくばチャレンジ |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，（１）磁気ナビゲーション法の実装技術の開発，（２）磁気マップの共有化手法の開発，（３）磁気マップの自動作成法の開発である．平成２５年度の実績は，目的（１）を達成するために，ハードウエアに関する部分を重視して研究を進めた．以下に本研究の成果を示す．
（１）現有のつくばチャレンジ用ロボットの磁気分布を測定し，これに基づいて磁気センサの配置方法を明確に調べた．その結果，磁場伝達の理論式とほぼ近似できることがわかった．この成果は，日本ロボット学会に投稿し，採択に至った．
（２）上記の成果に基づいて，つくばチャレンジ２０１３に向けの移動ロボットの改良を行った．当初は磁気シールドなノイズ源を隔離する必要性が見込まれたが，解析の結果，ノイズ源（主に制御ＰＣ）から一定距離話すだけで十分にノイズを回避できた．その結果，ロボットの自己位置推定の安定性が飛躍的に向上し，なおかつ，つくばチャレンジ２０１３では２．４ｋｍ以上の自律走行を行い，すべての課題を達成することに成功した．
（３）つくばモビリティロボット特区で実験するための搭乗可能型移動ロボットを制作した．本ロボットは，特区エリアでの磁気マップを作成するために必須のロボットであるが，実験に参加するには実験ナンバー（自動車と同様，国交省認可のナンバー登録）が必須である．本研究とは直接関係しないが，安全性を確保する製作上の課題がいくつも指摘され，当初予定よりナンバー登録が遅れたものの，１１月にナンバー登録，さらに自賠責保険等の学内手続きもあり，平成２６年３月に正式に実験に参加できるようになった．最初の実験では，移動ロボットが正常かつ安全に操縦走行ができるのを確認するとともに，磁気センサによるデータ記録が可能なことも確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
想定外の事項が２つあった．１つはつくばチャレンジの課題が我々のねらいとは異なる内容となったことである．実行委員会では，いろいろな課題案が出されていたが，大方の予想と反して，人探査が追加の課題となった．この課題達成には，レーザー測域センサもしくは画像処理の２つの方法が有力だが，移動ロボットの実環境では条件が大きく変動してしまうという問題のため，既存方法の応用では十分な結果を得ることはできない．さらに人探索行動では事前に登録した経路走行を行うことができない．すなわち，ロボットは人を探査するために，経路登録のされていない未知の領域を走行することが必須になる．以上のことから，（１）先端画像処理法の新構築，（２）磁気経路から外れた場合に復帰動作の実現，の２つを新たに課題として設定した．その結果，つくばチャレンジ２０１３では，この２つの課題対応により，人探査も含めた自律走行を達成することができた．ただし，そのための開発ために，つくば特区向け搭乗型可能移動ロボットの開発が当初予定より大きく遅れてしまうことになった．
２つ目は，搭乗可能移動ロボットの開発の遅れにともない，ナンバー登録の審査および認証に大きく遅れてしまったことが挙げられる．特に，車体の安全審査では，車検上の緩和規定の認識に我々と審査側との認識に一部ずれがあり，それにかかわる審査（書類での説明）に大きく時間が取られた．そのために，レーザー測域センサを使った幾何地図作成法を実装する時間がなかった．また，レーザー測域センサも２次元から３次元スキャンの製品が平成２６年度に販売されるという情報を得たこともあり，レーザー測域センサを使った幾何地図作成法の実装は翌年度に延期するにした．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は，主に２つの課題を重視して研究を推進する．
（１）磁気ナビゲーション法における位置認識の安定性（ロバスト性）を向上させる．つくばチャレンジ２０１３からは人探査のために事前登録の磁気経路から大きくはずれた際の復帰が大きな課題となった．理想的には，事前に磁気地図があればその地図の範囲で自己位置を推定すればよいことになるが，すべての環境で磁気地図を装備できるとは限らない．そのためにも，地図がないところから経路に復帰した際の自己位置推定法の強化は必須の課題といえる．そのために，平成２６年度においてもつくばチャレンジを題材とした磁気ナビゲーション法の性能向上を推進する．
（２）磁気地図作成のためのＳＬＡＭ（Simultaneous Localization And Mapping: 移動しながらの位置認識と地図作成法）を搭乗可能型移動ロボットに実装する．磁気マップとは幾何的な地図情報（一般的な地図）の上にその場所の磁気強度をプロットすることで磁気強度パターンを照合することで自己位置を推定することが可能となる．すなわち，幾何的な地図を作成する必要がある．このため本年度においては，レーザー測域センサをロボットに搭載し，ＳＬＡＭによる幾何地図作成法を実装する必要がある．一般的にはＳＬＡＭ等による地図作成ができれば自律走行は可能と考えられているが，現実には，人や自動車などの移動体の存在，看板やゴミ箱など，移動可能な物体の位置の変動に対応することができない．すなわち，地図の変動をどの程度許容するかが現実的な課題となっている．これに対して磁気地図の利用は，幾何地図とは質的に異なるものであり，ロバストな位置推定が可能である．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
つくばモビリティロボット実験特区向け搭乗可能型移動ロボットのナンバー登録が大きく遅れた．それに伴い，当初着手予定であったレーザ測域センサを実装することができなかった．また，当初購入予定のセンサが２次元スキャンから３次元スキャンに性能向上するという情報も受け，新型センサを購入するために前年度予算を温存することにした．
前年度購入予定のレーザ測域センサを断念し，本年度販売予定の新型レーザ測域センサを購入する．物品購入に関して基本的な変更はない．
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