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2020 年度 実績報告書

海洋破砕プラスチックごみ回収ロボットシステムに関する研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H00230
研究機関九州大学

研究代表者

倉爪 亮  九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (70272672)

研究分担者 宮内 翔子  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (40828555)
河村 晃宏  九州大学, システム情報科学研究院, 助教 (60706555)
安 ち  九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (70747873)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
キーワード漂着プラスチックごみ / ロボット / 破砕プラスチック / レーザスキャナ
研究実績の概要

本研究では研究項目①3D LiDARの高精度化と破砕プラスチックごみの検出手法の開発、および研究項目②破砕プラスチックごみ回収ロボットシステムの開発の2つの研究項目を設定し、5年間で研究開発を行う。令和2年度は、研究項目①に対して、3D LiDARから得られるリフレクタンスデータを用いた破砕プラスチックごみの検出原理について検討を行った。Velodyne HDL-32eやSICK MRSなど、多数ラインのレーザを用いて一度に多くの3次元点群が得られる3D LiDARは、距離計測値に加えて、計測の副産物としてレーザ反射光の強度であるリフレクタンスデータが得られる。このリフレクタンスデータは、レーザ光の対象物表面での反射率を反映しており、マイクロプラスチックは砂よりも反射率が高いことから、リフレクタンス情報から破砕ブラスチックのみを切り出すことができる。そこで、深層学習の一種であるCNNを用いて、リフレクタンスデータから破砕プラスチックごみを学習により検出する手法を開発した。さらに、福岡市および糸島市内の海岸において3D LiDARにより大量のデータを収集し、開発した検出手法の性能評価を行った。また研究項目②について、破砕プラスチックごみ回収ロボットの移動ベースの検討を行い、これまでに開発した超扁平アクチュエータを用いたクローラ型移動機構に対して、防塵防水機能を付加した新たなクローラ型移動機構を設計、開発した。一方、3D LiDARやカメラの性能向上やヒューマンインターフェースの高度化についても研究に取り組み、作業現場で安全を確保するための人物認証や多視点カメラ、IRカメラによる環境認識、ARを用いた情報提示技術などを開発した。

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

リフレクタンスデータを用いたマイクロプラスチックごみの判別手法を開発し、また防塵、防水性に優れたクローラ型移動機構の設計も完了しており、おおむね計画通り進捗している。

今後の研究の推進方策

今年度に検討した全方位3D LiDARに加え、MEMS型3DLiDARを用い、得られる高解像度な計測データを用いることで、砂、草などに対する破砕プラスチックごみの識別性能の向上を図る。また、研究項目②に対し、防水防塵機能を有し、高減速比超扁平アクチュエータを採用した新型クローラロボットの開発を進め、海岸走行実験により性能確認を行う。さらに開発した新型クローラロボットに、全方位3D LiDAR、MEMS型3D LiDARを搭載し、実際にマイクロプラスチックごみが打ち上げられた海岸で、高精度GNSSを用いた誘導装置に従い走行しながらマイクロプラスチックごみの検出を行う実験を実施する。加えて、3D LiDARデータによるジオメトリビッグデータを用いた3D LiDARの高解像度化にも取り組み、疎な3D LiDARデータから高解像度な3次元データをDNNにより構築する手法について検討する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Near-future perception system: Previewed Reality2020

    • 著者名/発表者名
      Egashira Asuka、Horikawa Yuta、Hayashi Takuma、Kawamura Akihiro、Kurazume Ryo
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 35 ページ: 19~30

    • DOI

      10.1080/01691864.2020.1829041

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Virtual IR Sensing for Planetary Rovers: Improved Terrain Classification and Thermal Inertia Estimation2020

    • 著者名/発表者名
      Iwashita Yumi、Nakashima Kazuto、Gatto Joseph、Higa Shoya、Stoica Adrian、Khoo Norris、Kurazume Ryo
    • 雑誌名

      IEEE Robotics and Automation Letters

      巻: 5 ページ: 6302~6309

    • DOI

      10.1109/LRA.2020.3013909

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lifelogging caption generation via fourth-person vision in a human-robot symbiotic environment2020

    • 著者名/発表者名
      Nakashima Kazuto、Iwashita Yumi、Kurazume Ryo
    • 雑誌名

      ROBOMECH Journal

      巻: 7 ページ: -

    • DOI

      10.1186/s40648-020-00181-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Gait-based person identification using 3D LiDAR and long short-term memory deep networks2020

    • 著者名/発表者名
      Yamada Hiroyuki、Ahn Jeongho、Mozos Oscar Martinez、Iwashita Yumi、Kurazume Ryo
    • 雑誌名

      Advanced Robotics

      巻: 34 ページ: 1201~1211

    • DOI

      10.1080/01691864.2020.1793812

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 同一人物間の歩容特徴交換によるデータ拡張を用いた歩容認証2020

    • 著者名/発表者名
      吉野 弘毅, 中嶋 一斗, 岩下 友美, 倉爪 亮
    • 学会等名
      画像の認識理解シンポジウム
  • [学会発表] LiDAR点群アップサンプリングのための欠損と反射率を考慮した深度マップ超解像2020

    • 著者名/発表者名
      Qiongyu Li, 中嶋 一斗, 倉爪 亮
    • 学会等名
      画像の認識理解シンポジウム
  • [学会発表] クローラロボットを用いた屋外監視ロボットシステムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      川﨑 修平, 松本 耕平, 河村 晃宏, 山科 亮太, 青木 惇季, 倉爪 亮
    • 学会等名
      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] 情報構造化空間管理システム ROS2-TMS の開発2020

    • 著者名/発表者名
      ソン ミンス, 井塚 智也, 河村 晃宏, 倉爪 亮
    • 学会等名
      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] 多層3D LiDARとLSTMを用いた距離・点群密度変化に頑健な歩容認証2020

    • 著者名/発表者名
      Jeongho Ahn, 山田 弘幸, 中島 一斗, 倉爪 亮
    • 学会等名
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 予測状態表現に基づく深層強化学習を用いた動的環境下における移動ロボットナビゲーション2020

    • 著者名/発表者名
      松本 耕平, 河村 晃宏, 安 琪, 倉爪 亮
    • 学会等名
      第38回日本ロボット学会学術講演会
  • [学会発表] 第5世代移動通信システムを用いたテーマパークにおける案内・共体験ロボットシステムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      松本 耕平, 今井 将人, 山田 弘幸, 河村 晃宏, 川内 康裕, 中村 珠幾, 倉爪 亮
    • 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
  • [学会発表] 情報構造化空間管理システム ROS2-TMS の開発2020

    • 著者名/発表者名
      井塚 智也, 林 拓真, 河村 晃宏, 倉爪 亮
    • 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
  • [学会発表] Smart Previewed Reality の開発 -スマートフォンを用いた近未来可視化システム-2020

    • 著者名/発表者名
      林 拓真, 井塚 智也, 河村 晃宏, 倉爪 亮
    • 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
  • [学会発表] LSTM深層ネットワークを用いた3D LiDARによる人物識別2020

    • 著者名/発表者名
      山田 弘幸, Jeongho Ahn, Ocsar Martinez Mozos, 岩下 友美, 倉爪 亮
    • 学会等名
      第25回ロボティクスシンポジア

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公開日: 2022-12-28  

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