極限環境で動作するロボット聴覚を搭載したホース型レスキューロボットシステム

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15J08765
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 坂東 宜昭 京都大学, 情報学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• キーワード: ブラインド多チャネル音声強調 / ベイジアン低ランク・スパース分解 / レスキューロボティクス

研究実績の概要

ホース型レスキューロボットでは、瓦礫に埋もれた被災者を音声で捜索するために、自身の走行雑音の抑圧が不可欠である。本ロボットの走行雑音には摩擦音が含まれ、接地面の材質・形状に依存して変化するため、雑音を事前学習する従来法の適用が困難だった。さらに、瓦礫内を進む本ロボットの特性により生じる1) マイクロホンの移動問題と2) 瓦礫によるマイクロホンの遮蔽問題に対処する必要があった。
平成28年度は、ホース型レスキューロボットによる被災者捜索効率化のために、ベイジアン低ランク・スパース分解に基づくブラインド多チャネル音声強調法(VB-RNTF)を開発した。本手法は，振幅スペクトログラム上で動作するためマイクロホンの移動に頑健で、目的音声の各マイクロホンでの音量を推定するため遮蔽問題に対処できる。これらの機能は単一の統計的生成モデルとして定式化され、変分ベイズ推論により事前学習を行わずに音声を強調できる。
VB-RNTFは、実際のロボットの走行雑音を用いた音声強調の評価実験を行いその性能を確認した。全てのマイクロホンで音声を収録できている場合は、従来の低ランク・スパース分解法や多チャネルブラインド音源分離法より高い性能を達成した。半分のマイクロホンが障害物に遮蔽されている場合でも、従来の多チャネル法より小さい性能劣化で動作することを確認した。また、推定された各マイクロホンの音声音量は、障害物の有無に対応しており、各マイクロホンの信頼度推定等の応用が期待できる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ホース型レスキューロボットの音声強調について、瓦礫環境下で問題となるマイクロホンの移動問題と遮蔽問題に取り組み、本ロボットの聴覚機能において重要な技術の開発が順調に進捗しているため。また、本成果は主要な査読付き国際会議での発表も行われているため。

今後の研究の推進方策

音声の調波構造といった事前情報を導入し、音声強調の強雑音下での音声抽出性能の向上・高品質化を目指す。また、本年度開発した音声強調は、応用をホース型ロボットに限らないので、他のロボットやアプリケーションへの応用を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Low-Latency and High-Quality Two-Stage Human-Voice-Enhancement System for a Hose-Shaped Rescue Robot (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Bando, Hiroshi Saruwatari, Nobutaka Ono, Shoji Makino, Katustoshi Itoyama, Daichi Kitamura, Masaru Ishimura, Moe Takakusaki, Narumi Mae, Kouei Yamaoka, Yutaro Matsui, Yuichi Ambe, Masashi Konyo, Satoshi Tadokoro, Kazuyoshi Yoshii, Hiroshi G. Okuno
  • 雑誌名: Journal of Robotics and Mechatronics 巻: 29, 1 ページ: 198--212
  • DOI: 10.20965/jrm.2017.p0198
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Sound-based Online Localization for an In-pipe Snake Robot (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Bando, Hiroki Suhara, Motoyasu Tanaka, Tetsushi Kamegawa, Katsutoshi Itoyama, Kazuyoshi Yoshii, Fumitoshi Matsuno, Hiroshi G. Okuno
  • 学会等名: IEEE International Symposium on Safety, Security, and Rescue Robotics
  • 発表場所: EPFL, Lausanne, Switzerland
  • 年月日: 2016-10-23 – 2016-10-27
  • 国際学会
• [学会発表] 変分ベイズ多チャネルRNMFに基づく柔軟索状レスキューロボットのための音声強調 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂東 宜昭, 糸山 克寿, 昆陽 雅司, 田所 諭, 中臺 一博, 吉井 和佳, 奥乃 博
  • 学会等名: 日本ロボット学会 第34回学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2016-09-07 – 2016-09-09
• [学会発表] Variational Bayesian Multi-channel Robust NMF for Human-voice Enhancement with a Deformable and Partially-occluded Microphone Array (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Bando, Katsutoshi Itoyama, Masashi Konyo, Satoshi Tadokoro, Kazuhiro Nakadai, Kazuyoshi Yoshii, Hiroshi G. Okuno
  • 学会等名: European Signal Processing Conference
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 2016-08-29 – 2016-09-02
  • 国際学会
• [学会発表] 変分ベイズ多チャネルロバストNMFに基づくマイクロホンの移動・被覆を許容する音声強調 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂東 宜昭, 糸山 克寿, 昆陽 雅司, 田所 諭, 中臺 一博, 吉井 和佳, 河原 達也, 奥乃 博
  • 学会等名: 音声研究会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-25
• [産業財産権] 目的音響信号復元システム及び方法 (2016)
  • 発明者名: 坂東宜昭, 吉井和佳, 糸山克寿，奥乃博
  • 権利者名: 国立大学法人 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-102063
  • 出願年月日: 2016-05-23