Light transmitter Touch sensor LED
AB-15AV
Nest sensor
PT381F Light receiver
Cds
PSoC (Transmitter)
CY8C29466
PSoC (Slave2)
CY8C29466
I2C I2C
H/L
Voltage Voltage Voltage
H/L
7segment LED
C-551SR H/L
3.3[V] circuit
Magnetic encoder on DN22S PSoC (Master)
CY8C29466
H/L
Pulse 5.0[V] circuit
7.2[V] circuit
Motor driver
TA8440HQ
Micro pump
CM-6W Motor
DN22S H/L
Ni-MH Battery 7.2V 3900mAh DC to DC convertor
CC3-0505SF-E
Linear regulator
TA48033S
Serial com. module
ADM3202AN
Serial com. module
ADM3202AN RS232C
WirelessUSB module
CY3630M SPI
WirelessUSB (2.4GHz)
PSoC (Slave1)
CY8C29466
Alcohol sensor
NGSX-03
Light transmitter Touch sensor LED
AB-15AV
Nest sensor
PT381F Light receiver
Cds
PSoC (Transmitter)
CY8C29466
PSoC (Slave2)
CY8C29466
I2C I2C
H/L
Voltage Voltage Voltage
H/L
7segment LED
C-551SR H/L
3.3[V] circuit
Magnetic encoder on DN22S PSoC (Master)
CY8C29466
H/L
Pulse 5.0[V] circuit
7.2[V] circuit
Motor driver
TA8440HQ
Micro pump
CM-6W Motor
DN22S H/L
Ni-MH Battery 7.2V 3900mAh DC to DC convertor
CC3-0505SF-E
Linear regulator
TA48033S
Serial com. module
ADM3202AN
Serial com. module
ADM3202AN RS232C
WirelessUSB module
CY3630M SPI
WirelessUSB (2.4GHz)
9 ? ! 0#%
る．まず，2(バス・ラインで接続されるつのマイコンについて説明する．*#社が提唱し た2(通信方式は以下に示す特徴を有する．
シリアルデータライン-とシリアルクロックライン(/の本のバス・ラインのみ で構成される
バス・ラインに接続されているデバイスは、マスター とスレーブ に分類さ れ，それぞれが固有のアドレスを持つ
通信の主導権はマスターが握る
本研究では つのマスター，つのスレーブでシステムは構成される．本論文では，9 に 示すように，2Ｃ通信においてマスターを担うマイコンをマスター，スレーブをそれぞれスレー ブ ，スレーブと呼ぶ．また，残りのマイコンはロボットの を無線送信する機能に特化し，
スレーブ に単方向シリアル通信.(方式で接続されている．本論文では，このマイコン をトランスミッターと呼ぶ．
次に，各マイコンで行われる処理について説明する．スレーブ にはセンサと接触センサ が接続されている．したがって，スレーブ はセンサの応答電圧の-変換し，方向を 検出する処理と接触センサをポーリングによって監視するつの処理を行う．処理によって得ら
第 章 ロボット群の開発
れたデータは2Ｃバス・ラインを介して，マスターに送信される．また，スレーブ はマスター から送信される データをトランスミッターに一方的に送信する処理も前述の処理と並行し て行う．
スレーブには受光素子「(0」と青色/$-が接続されている．(0の応答電圧を-変換し，
*の検出処理を行う．得られたデータはスレーブ と同様にマスターに送信される．また，マ スターから送信される/$-の発光・消灯命令により，/$-をLQ処理する．
マスターにはアルコールセンサ，エンコーダー，モータードライバを介して-(モーター，マ イクロポンプが接続されている．また，2Ｃ通信によって全スレーブからデータを受信する．つ まり，マスターには全知覚データが集積される．マスター自身は，アルコールセンサの応答電圧 を-変換し，フェロモンの検出する処理とマイコンの割り込み処理機能によりエンコーダを監 視し，物体運搬の可否を判定する．そして，集積した全知覚データを参照し，ロボットの動作を 決定する．動作が決定されるとモータードライバにパルス信号を送信し，モーター，マイクロポ ンプを駆動・停止させる．
トランスミッターには無線送信用のデバイスと内部状態表示用のセグメント/$-が接続され ている．したがって，トランスミッターはスレーブ から 情報を受信し，セグメント /$-に表示，内部状態取得用パソコンへ無線送信する．
第 章 ロボット群の開発
第
章
フェロモン・コミュニケーションの実現
本章では，章：群行動アルゴリズムとシミュレーション・モデルで設計した 群行動アルゴリズムと，章：ロボット群の開発で開発したロボット群を用いて フェロモン・コミュニケーションの実現を計算機シミュレーション実験と実機 実験から検討する．
節では，章で設計した群行動アルゴリズムの妥当性について計算機シミュ レーションを用いて検討する．具体的には，実験環境に合わせた環境を計算機 シミュレータ内に用意し，フェロモン・コミュニケーションを行うのに必要な 個体数を見積もる．
節では，章で開発したロボット群を用いて開発機が実世界でフェロモン・
コミュニケーションを行うことが可能なのかを検証する．計算機シミュレーショ ン実験の結果に基づいて，フェロモン・コミュニケーションを十分に行うこと のできる機体数を用いてロボット群実験を行い，実世界でロボット群がフェロ モン・コミュニケーションを行うことができることを示す．
第 章 フェロモン・コミュニケーションの実現
計算機シミュレーション実験
本節では，章で設計した群行動アルゴリズムと章で開発したロボット群のモデル用いて計算 機シミュレーション実験によって提案した群行動アルゴリズムが有効に働くことを示す．
計算機シミュレーション設定
シミュレーションにおいて，エージェント数は , <体=とし，フィールドサイズは <=
とする．実験フィールド上のと*は対角に設置する．また，シミュレーション時間は 分間とした．フェロモンの蒸発・拡散は式 に基づく．各パラメーターは，実機実験で用いる エタノールを想定して以下のように設定した．蒸発係数は付録によって導出される．本 シミュレーションのフェロモン濃度は Kと設定した．また，計算における刻み時間は <=と 設定した．4 % に本節で行う計算機シミュレーションにおける主要なパラメータをまとめる．
4 % ? ) !# )
#
)%!
&0@ <=
# K
エージェントが 初期状態のときに*を発見，フェロモン・トレイルの敷設を行う行動 をI敷設 0Jと定義し，フェロモン・トレイルを発見し，誘引された後に*を発見 しフェロモン・トレイルの再敷設を行う行動をI強化!Jと定義する．強化が行われる ことは，エージェントが環境から情報を取得し，その情報に対応したことを示し，フェロモン・コ ミュニケーションが成立したことを示す．本研究では，敷設・強化回数をフェロモン・コミュニ ケーションのパフォーマンスの評価値としてカウントする．
計算機シミュレーション結果
エージェントの初期位置をランダムに変更して 分間 #のシミュレーションを 回行った．9 にエージェント数? 体のときのシミュレーション例を示す．活動環境上の青 いメッシュはフェロモン場を示す．: <=9 , は，計算機シミュレーションの初 期状態であり，エージェントは実験フィールドにランダムに配置される． :<=9 ,
では，エージェントが実験フィールド内で*を探索している．: <=9 ,
で，エージェント群はフェロモン・トレイルを敷設・強化を行っている．: <=9
, では，エージェント群がフェロモン・トレイルを強化し，: <=に比べてフェロ モン・トレイルが強化されていることがわかる．最終的に， : <= 9 , では フェロモン・トレイルが大きく強化され，エージェント群が相互にフェロモン・コミュニケーショ ンしていることがわかる．
ロボット数 体のときの 回の計算機シミュレーション実験の結果を4 %に示す．結果 のばらつきはあるものの，平均して回のフェロモン・トレイルの敷設を行い， 回の強化
第 章 フェロモン・コミュニケーションの実現
0 min Prey
5 min
10 min
15 min
20 min Nest
Agent
Pheromone trail 0 min Prey
5 min
10 min
15 min
20 min Nest
Agent
Pheromone trail
第 章 フェロモン・コミュニケーションの実現
フェロモン・コミュニケーションを行った．この結果から，群行動アルゴリズム9 ，衝 突処理アルゴリズム4 % は有効に働いたといえる．実機を用いた実験でも同様にフェロモ ン・コミュニケーションが行われるものと考えられる．
4 % ? ) ) : ;&0: <=
/ 0 .!
+
第 章 フェロモン・コミュニケーションの実現
ロボット群実験
計算機シミュレーション実験の結果から，実ロボット群においてもフェロモン・コミュニケー ションが実現することが示唆された．本節では，計算機シミュレーションと同様のロボット数，実 験フィールドを用意し実ロボット群におけるフェロモン・コミュニケーションの実証実験を行う．
ロボット群実験設定
計算機シミュレーションと同様に実験フィールドのサイズを <=，と*は実 験フィールドの対角に設置した．また，投入ロボット数は 体とし，ロボットの初期位置を変え て 回の実験を行った．
まず，実験環境に適切なフェロモン濃度を調べるために，フェロモン・トレイルの追従行動の予 備実験を行った．低濃度エタノールを用いると，フェロモンの持続時間は上がるが，アルコール センサが十分にフェロモンを検出できず，追従エラーが発生した．高濃度エタノールを用いると，
アルコールセンサがフェロモンを検出するものの，フェロモンの持続時間が短く，情報が環境に 継続して残らなかった ．試行錯誤の結果，エタノール濃度を Kに設定し，フェロモン・トレイ ルの持続時間を計算機シミュレーションと同様に分程度保つことに成功した．4 % に本節 で行うロボット群実験における主要なパラメータをまとめる．
4 % ? $># !# )
#
)%!
&0@ <=
# K
ロボット群実験結果
ロボットの初期位置をランダムに定め， 分間実験し，環境の状態とロボットの振る舞いを観 測した．9 に，計算機シミュレーションと同様にロボット数を 体としたときの通常のカ メラで撮影した画像とサーモグラフィで計測エタノールが存在する点では気化熱の影響で周辺よ り温度が低くなることを利用した: <=のときの実験環境の温度分布を示す．
: <=9 ,;8では，実験者がロボットを実験フィールドに設置した初期状態であり，
環境中にフェロモン場は生成されていない．:<=9 ,5;58では，群れはトレイルの 敷設・強化を行いフェロモン・コミュニケーションをはじめている．: <=9 ,(;(8，
: <=9 ,-;-8では，群れはトレイルの強化を進め，フェロモン・コミュニケーショ ンを促進している．最終的に，: <=9 ,$;$8では，ロボット群は体のときよりも
のエタノールではフェロモン・トレイルの追従可能な時間は 未満
本実験では，には赤外線電球を用いており，実験中はフィールド表面温度が上昇する．特に，直下付近 は放射熱によって温度が上昇し，サーモグラフィでは白く表示されるが，ロボットはセンサ頂上の赤外線受光素 子によってを検出している．サーモグラフィによって白く表示されている部分がになっているわけではな いことに注意しておく．