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2020 年度 実績報告書

ロボット体表面に配置された多眼高速視覚ネットワークによる視覚サーボ制御

研究課題

研究課題/領域番号 19H02102
研究機関千葉大学

研究代表者

並木 明夫  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40376611)

研究分担者 妹尾 拓  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10512113)
山川 雄司  東京大学, 大学院情報学環・学際情報学府, 准教授 (90624940)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード高速ビジョン / 視覚サーボ制御 / 高速マニピュレーション
研究実績の概要

従来の知能ロボットでは,使用するカメラ台数は少数に抑えられ,設置場所も人間のように頭部に装着するか,ハンドアイとして手先に装着するかのどちらかであり,視界は狭く,オクルージョンによる死角が頻繁に生じるという問題があった。そのため,複雑なタスクでは成功率が上がらず,作業速度も人間以上に遅くなっていた。本課題ではこの問題を解決するために,小型高速カメラをロボットの体表に高密度で配置することで,「無死角性」と「高速性」を実現する多眼高速ビジョンネットワークシステムを実現する.今年度は下記の研究を行った.
[多眼高速ビジョンハンドの開発]前年度に開発したシステムを改良する。これは超小型カメラ8台をロボットハンドの指表皮に埋め込んだものである.USBから画像を取得するためのソフトウェアを改良することで,120Hz以上の画像を安定して取得するとともに,ホワイトバランス等のカメラ制御パラメータをリアルタイムで変更できるようにした.
[多眼視覚サーボ制御] 前年度に開発した多眼システムのために,ロボット表皮上に配置された複数のカメラを効果的にキャリブレーションするための手法を考案した.関節角の誤差についても同時にキャリブレーションすることで,カメラパラメータを高精度に推定することを可能とした.
[カメラネットワークの動的最適経路制御] 前年度に引き続き,対象検出・衝突検出の緊急度・優先度に応じて個々のカメラからの情報を動的に変えるシステムの開発について検討した.

現在までの達成度 (区分)
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

研究予定の,多眼高速ビジョンハンドの開発,多眼視覚サーボ制御,カメラネットワークの動的最適経路制御,の全てについて研究を順調に進めることができた.
特に,多眼視覚サーボ制御については,当初の計画では予期していなかったカメラキャリブレーションの困難さが新たな問題となったが,これまでにない新しいキャリブレーションの問題であることが判明して,新たに独創的なカメラキャリブレーション手法を提案することができた.この研究成果については既に研究発表を行っており,ジャーナル論文としての投稿の準備を行っている.

今後の研究の推進方策

研究計画に基づき研究を進める.具体的には下記のとおりである.
(1)多眼高速ビジョンシステムの開発:開発したシステムの改良を行う.カメラの数を増やすとともに,データ通信と画像処理ユニットについて改良を行う.
(2)カメラネットワークの動的最適経路制御:(1)の開発と同時に最適なデータ転送について検討する.
(3)多眼視覚サーボ制御:今年度開発したアルゴリズムを改良し,多様なマニピュレーションへの対応を目指す.
(4)無死角を実現する実時間3次元認識:(3)の視覚サーボの研究と並行して,体表面上の複数のカメラによる2次元画像と3次元距離画像を統合することで,無死角となるような環境認識の実現を目指す.

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Target Tracking of Moving and Rotating Object by High-Speed Monocular Active Vision2020

    • 著者名/発表者名
      Liu Yang、Sun Pansiyu、Namiki Akio
    • 雑誌名

      IEEE Sensors Journal

      巻: 20 ページ: 6727~6744

    • DOI

      10.1109/JSEN.2020.2976202

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Speed Catching by Multi-Vision Robot Hand2020

    • 著者名/発表者名
      Sato Masaki、Takahashi Akira、Namiki Akio
    • 雑誌名

      Proc. of 2020 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems

      巻: 1 ページ: 9131-9136

    • DOI

      10.1109/IROS45743.2020.9340968

    • 査読あり
  • [学会発表] 投球動作における高速多指ハンドアームの動的補償2021

    • 著者名/発表者名
      高橋 晃,佐藤 将貴,並木 明夫
    • 学会等名
      第26回ロボティクスシンポジア講演論文集
  • [学会発表] エアホッケーロボットにおける人の刺激系列学習を利用した動作戦略2021

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎,田所 恒一郎,並木 明夫
    • 学会等名
      第26回ロボティクスシンポジア講演論文集
  • [学会発表] High-Speed Catching by Multi-Vision Robot Hand2020

    • 著者名/発表者名
      Masaki Sato, Akira Takahasi, and Akio Namiki
    • 学会等名
      2020 IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] モデル予測制御のマクロマイクロマニピュレーションへの適用2020

    • 著者名/発表者名
      高橋 晃,佐藤 将貴,並木 明夫
    • 学会等名
      第8回 制御部門マルチシンポジウム
  • [学会発表] 次元圧縮による把持動作の特徴量抽出と遠隔制御への応用2020

    • 著者名/発表者名
      三枝 大希,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] ロボットハンドによる紙のたわみ生成戦略2020

    • 著者名/発表者名
      寺田 直人,中村 亮裕,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] 投球動作における高速多指ハンドアームの動的補償2020

    • 著者名/発表者名
      高橋 晃,佐藤 将貴,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] 多眼視覚キャリブレーション手法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤 将貴,高橋 晃,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] 折り目を考慮した紙と物理モデルの形状マッチング2020

    • 著者名/発表者名
      中村 亮裕,寺田 直人,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] エアホッケーロボットにおける人の刺激系列学習を利用した戦略設計2020

    • 著者名/発表者名
      福田 翔太郎,田所 恒一郎,並木 明夫
    • 学会等名
      SI2020(第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会)
  • [学会発表] Energy Minimization Formulation of Articulated Object Tracking with High-speed Monocular Camera2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Liu and Akio Namiki
    • 学会等名
      第38回日本ロボット学会学術講演会予稿集
  • [学会発表] Real-time Visual Servoing Control of an UAV Having Two-Cameras2020

    • 著者名/発表者名
      Dongqing He, Hsiu-Min Chuang, and Akio Namiki
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020(ROBOMECH2020)
  • [学会発表] エアホッケーロボットシステムにおけるマスタ・スレーブ制御と視覚提示の適用2020

    • 著者名/発表者名
      王ゲツ, 福田翔太郎, 松坂彩香, 劉楊, 並木明夫
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020(ROBOMECH2020)
  • [学会発表] 多眼高速ビジョンを備えたロボットハンドによる高速キャッチング2020

    • 著者名/発表者名
      佐藤将貴、高橋 晃、並木 明夫
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020(ROBOMECH2020)
  • [学会発表] マスタ・スレーブのための次元圧縮を利用した把持動作補助システム2020

    • 著者名/発表者名
      三枝 大希, 白土 拓哉, 並木 明夫
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020(ROBOMECH2020)
  • [学会発表] RGB-D センサを用いた紙と物理モデルの形状マッチング2020

    • 著者名/発表者名
      中村 亮裕, 寺田 直人, 並木 明夫
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020(ROBOMECH2020)
  • [備考] Namiki Laboratory Homepage

    • URL

      http://www.em.eng.chiba-u.jp/~namiki/

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公開日: 2021-12-27  

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