2015 Fiscal Year Research-status Report
センシング誤差と移動誤差の理論的統計モデル構築によるSLAMの本質的精度向上
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26420408
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
江丸 貴紀 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30440952)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ロボティクス / ＳＬＡＭ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では移動ロボットについて「センシングされた信号に混入する雑音」「ロボットが移動する際の誤差」双方について統計的にモデル化を行い，モデル化された誤差の統計的特徴に基づく理論的な地図作成および自己位置同定のアルゴリズムを構築することにより，ロボットが自己位置同定と地図作成を同時に行うための手法であるSLAM の精度（accuracy）を向上させることを目的としたものである。これまでの研究では，たとえばカルマンフィルタ（KF）に代表されるようにその誤差はガウス分布に従うという前提条件を用いており，その前提に基づいたノルム・尤度（確からしさ）の計算がなされている。これに対し，実際のセンサや移動ロボットの特性を考慮した統計モデルの構築により，その誤差の影響を最小化する理論的に最適なノルム・尤度の設計が可能となり，SLAMの精度を飛躍的に向上させることが期待できる。
昨年度はセンサの雑音・誤差特性を考慮したうえで実用的な雑音モデルを構築を目的として研究を行った。この誤差は環境や測定対象によって違いを示すはずであるが，いまだ実用的なモデル化はなされていない。そこで，移動ロボットの測距センサとして一般的に用いられているLRSを対象にその誤差モデルの構築を行った。
ここで構築されたモデルに基づき，当該年度はSMALを行うための適切なノルム・尤度の設計を行った。また，モデル化の手段としてニューラルネットワークを導入することにより，さらにモデルの精度を向上させることに成功し，結果としてSLAMの精度向上，計算負荷の低減を実現することができた。
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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
本申請は，以下の4つの課題を解決することを目的としている。
課題１：センサの雑音・誤差特性を考慮したモデルの構築，課題２：ロボットが移動する際の誤差のモデル化，課題３：構築された雑音モデルに対するノルム・尤度の設計，課題４：視覚センサに対する適用。
当初の予定では課題２，３の解決を当該年度の目標としており，課題２については順調に進展できた。課題３については個別のモデル化は進んでいるものの，センサモデルとの融合はこれからの課題である。しかしながら，課題４について，3次元情報を得ることができるkinectセンサを用いた研究を進めており，3次元情報に対しても提案手法が有効であることを明らかにした。
これらを踏まえ，当該年度の自己評価として「(2)おおむね順調に進展している」とする。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度はこれまでの研究によって得られた成果，そして課題を元に研究を実施する。まず，センサに対する誤差モデル構築の知見（課題１）を生かし，ロボットが移動する際の誤差モデルを実用的な精度で構築する（課題２）。さらに，構築された移動の誤差モデルを，これまで構築してきたセンサの誤差モデルと有機的に融合し，SLAMの精度を向上させる手法の提案を目指し研究を進展する。また，これらの研究はレーザ測距計によって得られる2次元的な情報を前提条件として議論を進めていくが，これを3次元情報に拡張することを目的に研究を進める（課題４）。
課題２：車輪移動ロボットの場合，カルマンフィルタを代表とする線形フィルタによって移動誤差モデルを表す手法が広く用いられている。また，オムニホイールを用いた全方向移動ロボットについては，これまでの研究でそのスリップをモデル化し，制御性能の改善を試みた。本研究では様々な移動ロボットに対して適用可能な誤差モデルの構築を目的とする。
課題４：課題１において考察された測距センサに対する誤差モデルの構築方法を基に，得られる情報が格段に多い3次元センサに対する実用的な誤差モデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
当初計画では，調査・資料収集，成果発表のための旅費として160千円（国外），280千円（国内）を計上していたが，この分野で行われている最先端の研究成果を国内のみならず国外で積極的に収集する必要があり，当初の予算を超過した額を国内外の旅費として執行した。設備備品としてステレオビジョンカメラ（462千円）を計上していたが，より安価なカメラ，もしくはkinectセンサを利用することにより効率的に予算執行し，さらには既に研究代表者および研究協力者が所有する計測機器などを流用することにより，効率的に研究を行うことにより予算の執行を効果的に行った。その結果，24,084円を28年度の使用額として繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究成果の発信を効果的に行い，効率的な予算執行に努める。
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[Presentation] On Data Security in Service Robots2015
Author(s)
Abhijeet Ravankar, Ankit Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
Organizer
The 33rd annual conference of the Robotics Society of Japan
Place of Presentation
東京電機大学東京千住キャンパス
Year and Date
2015-09-03 – 2015-09-06
Int'l Joint Research
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