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2015 年度 実施状況報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 26420408
研究機関北海道大学

研究代表者

江丸 貴紀  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30440952)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードロボティクス / SLAM
研究実績の概要

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。

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

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。

今後の研究の推進方策

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。

次年度使用額が生じた理由

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。

次年度使用額の使用計画

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。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (28件) (うち国際学会 14件)

  • [雑誌論文] Indoor Slope and Edge Detection by using 2D EKF-SLAM with Orthogonal Assumptions2015

    • 著者名/発表者名
      Jixin Lv, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru and Ankit A. Ravankar
    • 雑誌名

      International Journal of Advanced Robotic Systems

      巻: 12(44) ページ: 1-16

    • DOI

      10.5772/60407

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Algorithms and a Framework for Indoor Robot Mapping in a Noisy Environment using Clustering in Spatial and Hough Domains2015

    • 著者名/発表者名
      Ankit A. Ravankar, Yohei Hoshino, Abhijeet Ravankar, Jixin Lv, Takanori Emaru and Yukinori Kobayashi
    • 雑誌名

      International Journal of Advanced Robotic Systems

      巻: 12(27) ページ: 1-20

    • DOI

      10.5772/59992

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vortex-Induced Vibration of an Elastically-Supported Cylinder Considering Random Flow Effects2015

    • 著者名/発表者名
      Koichi IMAOKA, Yukinori KOBAYASHI, Takanori EMARU, Yohei HOSHINO
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: 8(2) ページ: 131-138

    • DOI

      10.9746/jcmsi.8.131

    • 査読あり
  • [学会発表] セミアクティブサスペンションを有する移動ロボットの運動制御2016

    • 著者名/発表者名
      大河原琢真,小林幸徳,江丸貴紀
    • 学会等名
      第8回北海道ロボット技術研究専門委員会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌市,北海道
    • 年月日
      2016-02-29 – 2016-03-01
  • [学会発表] UAVを用いた桟橋下部構造の地図生成2016

    • 著者名/発表者名
      佐久間優,小林幸徳,江丸貴紀
    • 学会等名
      第8回北海道ロボット技術研究専門委員会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌市,北海道
    • 年月日
      2016-02-29 – 2016-03-01
  • [学会発表] オムニホイール移動ロボットのための速度変動に対してロバストな適応制御法の提案2016

    • 著者名/発表者名
      川村洸太,江丸貴紀,小林幸徳
    • 学会等名
      第8回北海道ロボット技術研究専門委員会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌市,北海道
    • 年月日
      2016-02-29 – 2016-03-01
  • [学会発表] RGB-Dセンサの誤差特性を考慮した3次元地図生成2016

    • 著者名/発表者名
      山口貴大,江丸貴紀,小林幸徳
    • 学会等名
      第8回北海道ロボット技術研究専門委員会学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学,札幌市,北海道
    • 年月日
      2016-02-29 – 2016-03-01
  • [学会発表] Motion Control of Mobile Robot having Semi-active Suspension2015

    • 著者名/発表者名
      Takuma Okawara, Atsushi Yamamoto, Yukinori Kobayashi and Takanori Emaru
    • 学会等名
      the 6th TSME-ICoME 2015
    • 発表場所
      The Regent Cha-am beach Resort, Hua-Hin, Thailand
    • 年月日
      2015-12-16 – 2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] PSO-based Leg-loss Identification Method for Legged Robots2015

    • 著者名/発表者名
      Sarun Chattunyakit,Yukinori Kobayashi,Takanori Emaru
    • 学会等名
      the 6th TSME-ICoME 2015
    • 発表場所
      The Regent Cha-am beach Resort, Hua-Hin, Thailand
    • 年月日
      2015-12-16 – 2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Local-Behavior Determination for an Omnidirectional Mobile Robot using an Integration-Type Sonar Ring2015

    • 著者名/発表者名
      Takanori Emaru, Hiroki Sato, YukinoriKobayashi
    • 学会等名
      the 6th TSME-ICoME 2015
    • 発表場所
      The Regent Cha-am beach Resort, Hua-Hin, Thailand
    • 年月日
      2015-12-16 – 2015-12-18
    • 国際学会
  • [学会発表] 人工ポテンシャル法に基づいたPRMにおける効果的なサンプリング手法2015

    • 著者名/発表者名
      与能本俊也,江丸貴紀,小林幸徳
    • 学会等名
      第16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
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-16
  • [学会発表] センサの物理的特性を組み込んだスキャンマッチング方式2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤雄太,江丸貴紀,小林幸徳
    • 学会等名
      第16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
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-16
  • [学会発表] 危険行動判別を目的とした筋電図による前腕運動の加速度推定2015

    • 著者名/発表者名
      相澤優作,江丸貴紀,小林幸徳
    • 学会等名
      第16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
    • 発表場所
      名古屋国際会議場,名古屋市
    • 年月日
      2015-12-14 – 2015-12-16
  • [学会発表] Joint fault diagnosis of legged robot based on acoustic processing2015

    • 著者名/発表者名
      Sarun Chattunyakit, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 発表場所
      Meijo University, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-12-12 – 2015-12-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of position and trajectory of a flying ball in 3-D space2015

    • 著者名/発表者名
      Mengze Li, Abhijeet Ravankar, Ankit A. Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 発表場所
      Meijo University, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-12-12 – 2015-12-13
    • 国際学会
  • [学会発表] SLAM within indoor loops by using incremental scan registration2015

    • 著者名/発表者名
      L. V. Jixin, Abhijeet Ravankar, Yukinori Kobayashi, Ankit A. Ravankar, Takanori Emaru
    • 学会等名
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 発表場所
      Meijo University, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-12-12 – 2015-12-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive image-based visual servoing of nonholonomic mobile robot with on-board camera2015

    • 著者名/発表者名
      Nicong Jiang, Jixin Lv, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • 発表場所
      Meijo University, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2015-12-12 – 2015-12-13
    • 国際学会
  • [学会発表] Motion Generation in Frame Structure for A Limb-Type Robot Including Feature to Avoid Obstacles2015

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Yoshida, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Mechatronics 2015
    • 発表場所
      Waseda, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-12-05 – 2015-12-08
    • 国際学会
  • [学会発表] An intelligent docking station manager for multiple mobile service robots2015

    • 著者名/発表者名
      A Ravankar, AA Ravankar, Y Kobayashi, L Jixin, T Emaru, Y Hoshino
    • 学会等名
      15th International Conference on Control, Automation and Systems
    • 発表場所
      BEXCO, Busan, Korea
    • 年月日
      2015-10-13 – 2015-10-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Limb型ロボットの骨組み構造での登り・くぐり動作生成2015

    • 著者名/発表者名
      吉田州平,小林幸徳,江丸貴紀
    • 学会等名
      第33回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      東京電機大学東京千住キャンパス
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-06
  • [学会発表] A Graphical Framework for Robust IndoorMapping2015

    • 著者名/発表者名
      Ankit Ravankar, Abhijeet Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      The 33rd annual conference of the Robotics Society of Japan
    • 発表場所
      東京電機大学東京千住キャンパス
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] An Efficient Networking Scheme for Static and Dynamic Nodes in Multiple Service Robots2015

    • 著者名/発表者名
      Abhijeet Ravankar, Ankit Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      The 33rd annual conference of the Robotics Society of Japan
    • 発表場所
      東京電機大学東京千住キャンパス
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] On Data Security in Service Robots2015

    • 著者名/発表者名
      Abhijeet Ravankar, Ankit Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru
    • 学会等名
      The 33rd annual conference of the Robotics Society of Japan
    • 発表場所
      東京電機大学東京千住キャンパス
    • 年月日
      2015-09-03 – 2015-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] アクティブ制振ユニットによる多重周波数正弦波外乱の推定と相殺制御2015

    • 著者名/発表者名
      星野洋平,鈴木幹生,小林幸徳,江丸貴紀
    • 学会等名
      Dynamics & Design Conference 2015
    • 発表場所
      弘前大学 文京町キャンパス
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-28
  • [学会発表] ディジタル加速度制御による渦励振構造物の制御2015

    • 著者名/発表者名
      今岡広一,小林幸徳,江丸貴紀
    • 学会等名
      Dynamics & Design Conference 2015
    • 発表場所
      弘前大学 文京町キャンパス
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-28
  • [学会発表] 伝達マトリックス法と部分構造合成法の併用による鉄道車体の弾性振動解析法の提案2015

    • 著者名/発表者名
      柳原圭佑,小林幸徳,三津橋直也,江丸貴紀
    • 学会等名
      Dynamics & Design Conference 2015
    • 発表場所
      弘前大学 文京町キャンパス
    • 年月日
      2015-08-25 – 2015-08-28
  • [学会発表] A solution to estimate robot motion with large rotation by matching laser scans2015

    • 著者名/発表者名
      J Lv, K Yukinori, AA Ravankar, A Ravankar, T Emaru
    • 学会等名
      The 34th Chinese Control Conference and SICE Annual Conference 2015
    • 発表場所
      Hangzhou, China
    • 年月日
      2015-07-28 – 2015-07-30
    • 国際学会
  • [学会発表] A novel vision based adaptive transmission power control algorithm for energy efficiency in wireless sensor networks employing mobile robots2015

    • 著者名/発表者名
      A Ravankar, AA Ravankar, Y Kobayashi, L Jixin, T Emaru, Y Hoshino
    • 学会等名
      The Seventh International on Ubiquitous and Future Networks
    • 発表場所
      Hotel Okura Sapporo, Hokkaido, Japan
    • 年月日
      2015-07-07 – 2015-07-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Recognition of 3-D Grid Structure Recognition with Fixed Camera and RGB-D Camera2015

    • 著者名/発表者名
      Chenyu Wang, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru, Ankit Ravankar
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • 発表場所
      京都市勧業館「みやこめっせ」,京都市
    • 年月日
      2015-05-17 – 2015-05-19
  • [学会発表] Real Time Parallel Implementation of Dynamic Feature Detection on Embedded Robot Platforms2015

    • 著者名/発表者名
      Abhijeet Ravankar, Yukinori Kobayashi, Takanori Emaru, Ankit Ravankar, Lv Jixin
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • 発表場所
      京都市勧業館「みやこめっせ」,京都市
    • 年月日
      2015-05-17 – 2015-05-19
  • [学会発表] Vision based Localization and Mapping for Indoor Robots using RGBD Sensor2015

    • 著者名/発表者名
      Ankit Ravankar, Yukinori Kobyashi, Takanori Emaru, Abhijeet Ravankar, Lv Jixin
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • 発表場所
      京都市勧業館「みやこめっせ」,京都市
    • 年月日
      2015-05-17 – 2015-05-19

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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