成果報告書詳細
管理番号20100000000207
タイトル平成18年度-平成20年度成果報告書 戦略的先端ロボット要素技術開発プロジェクト 被災建造物内移動RTシステム(特殊環境用ロボット分野) 半自律高機能移動ロボット群による被災建造物内の情報インフラ構築と情報収集システムの開発
公開日2010/3/24
報告書年度2006 - 2008
委託先名国立大学法人電気通信大学
プロジェクト番号P06023
部署名機械システム技術開発部
和文要約本プロジェクトでは以下に示す目標を掲げて研究開発を行った. 1. ロボット:高機能兄弟型移動プラットフォーム・動的障害物回避と伝送遅れを考慮したロボット群の半自律制御系の開発 2. インターフェイス:環境変化にロバストでオペレータや通信回線への負担軽減を考慮した遠隔操作システムの開発 3. ネットワーク:IP ベースマルチホップ無線ネットワークの構築技術の開発 4. 地理情報システム:情報収集基盤としてのGIS(Geographical Information System)の開発 各目標に対する成果について以下に示す.1. ロボット 本プロジェクトでは,ネットワーク構成ノード設置用の兄ロボット1台と半自律探索用の弟ロボット3台から構成されるロボット群を開発した.兄ロボットによって構築されるマルチホップ無線ネットワーク内で稼動し,1人のオペレータによるロボット群の半自律制御システムを実現した.各ロボットは高速モードにおいて最高1.0[m/s]の移動速度を実現している.また,各ロボットは一般的な階段を昇降する程度のモビリティも備えている.各ロボットには遠隔操縦時にロボットが障害物に衝突しないためのセンサ情報をもとに障害物を自動検出する安全走行機能であるバーチャルバンパーを実装した.兄ロボットに装備された多目的アームはネットワーク構成ノードを新たに設置する.さらにこのアームを用いることでドアの押し開けが可能である.弟ロボットでは,壁に沿って進行する自律移動機能や障害物をよけながら指示した方向に一定速度で進行する自律移動機能を搭載し,一定時間後にこれらの自律移動が終了してロボットが待機する機能を有している. 2. インターフェイス 複数台異種ロボット群を単一インターフェイスから単一オペレータによって遠隔操作を行えるインターフェイスを開発した.この機能によりオペレータは簡単にロボットへの操作コマンドを送信できるとともに,ロボットの状態や環境の様子が容易に把握可能となった.さらに,画像分割配信など動画像の配信機能を向上させ,通信回線への負荷の軽減化を実現した.また,開発したインターフェイスはタッチパネル上でも操作可能であり,これによりオペレータの負荷を軽減できる. 3. ネットワーク マルチホップ無線ネットワーク技術によって,ロボット群の制御および情報収集を行うネットワークを構築する技術を開発した.本技術は,広帯域を実現するための複数無線インターフェイスの利用技術,ロボットによるネットワーク構成ノード追加によるネットワーク拡張技術,移動するロボットのシームレスなハンドオーバー技術,ネットワークの動作状態のモニタ技術等によって構築される.本ネットワークを構築するための,兄ロボットによって配置可能な小型でバッテリ駆動可能なネットワーク構成ノードを開発した.また,これらの技術を簡易に利用するために,モジュールとしてロボット側に搭載するだけでネットワークに関わる様々な処理を行うロボット側ネットワーク制御ノードを開発した.本ネットワーク技術は,インターネットで広く用いられている標準技術であるTCP/IPおよび,無線LAN 技術として広く用いられているIEEE802.11 を用いて構築されているため,コストパフォーマンス,将来の拡張性,他システムとの相互接続性に優れる.さらに,先進的な機能としてネットワーク構成ノードに対して,動画像取得機能および環境に対するアノテーション機能を付与し,本プロジェクトにおけるシステムとの統合を行った. 4. 地理情報システム 取得した環境地図上にロボットの軌跡および自律探索中に取得したスナップショット画像,要救助者の所在・状態や危険な場所などの情報を付加できるGIS を開発した.また,支援ツールとしてネットワーク構成ノードの配置計画とSLAMを支援するツールを開発した.配置計画支援機能は2 次元地図上に効率的なネットワーク構成ノードの配置場所を表示できる.SLAM 支援機能は簡単な操作でオドメトリだけでは精度の得られないロボットの軌跡を修正し,地図の得られていない環境においてはロボットが取得した地形情報から地図を作成して合成することができる. 以上の4 つの基盤技術をまとめ,統合化システムを構築し,ステージゲートやレスキュー隊員による想定訓練でその有効性を実証した.
英文要約In this project, we have developed robots and systems to fulfill the following targets:(1)Development of high-functionality collaborative mobile robot platforms and control systems with considering obstacle avoidance and transmission delay (2)Development of robust teleoperation systems for robots in changing environment conditions with considering reduction of operator stress and communication load (3)Development of multi-hop wireless ad hoc network technologies based on IP networks (4)Development of GIS (Geographical Information Systems) for supporting operations in damaged buildings We present the results for each of the above targets as follows. (1) We have developed a group of high-functionality and collaborative rescue robots. The robot group consists of two types of robots, one is high functionality pioneer type robot, and the other is relatively small and high mobility semi-automatics surveyor type. The developed robots can move at the maximum speed 1.0[m/s], and can climb up the stairs. We have developed one pioneer type robot and three surveyor type. The pioneer type robots are manually controlled which are used to carry and install wireless devices over a distributed area for expanding the communication zone. The pioneer type robot has a multifunctional arm unit to place wireless devices, to open doors and to assist stair climbing. The surveyor type robots have semi-autonomous functions for search activities within that area. In autonomous mode, the surveyor type robots move along the walls. In semi-autonomous mode, the robots move towards a direction as assigned by the operator while avoiding obstacles. (2) We have developed intuitive interface which enables an operator to control multiple different robots simultaneously. Furthermore, we have developed the network video delivery technology based on dividing image into small sizes. This technology can reduce communication loads. The developed interface can be operated by touch panels, which reduces the operational load of the operator. (3) We have developed technologies of multi-hop wireless network for robot control and information collection. The network is constructed by a remote controlled robot for expanding the search area. In this work, we have developed small portable multi-hop wireless network routers to be placed by the pioneer type robot and a routing control technology for multi-hop wireless networks. (4) We have developed a GIS that can show multi-robots' paths and snapshots taken by camera on the robots on an damaged building map, display the status of construction of the communication infra network, and incorporate information of the location and status of the victims, dangerous zones, etc. Furthermore, we have developed the following supporting tools: GUI for correcting the location of robots and environment map and a positioning planning tool for multi-hop wireless network routers.
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