ロボットタウンの実証的研究

社団法人 電子情報通信学会 信学技報

THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, TECHNICAL REPORT OF IEICE

INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS

ロボットタウンの実証的研究

−日常生活環境の情報構造化による自律ロボット支援−

長谷川 勉

†

木室 義彦

‡

松本 三千人

‡

†九州大学大学院 〒812-8581 福岡県福岡市東区箱崎 6-10-1

‡九州システム情報技術研究所 〒814-0001 福岡市早良区百道浜 2-1-22

E-mail: †[email protected], ‡{kimuro, matumoto}@isir.or.jp

あらまし

総合科学技術会議連携施策群「次世代ロボット」平成１７年度採択プロジェクトである「ロボットタウンの実証 的研究」について、計画内容と現状について報告する．これはロボットが人間と共生して種々の作業を行うことを可能にするた め、環境側にプログラムや情報、知識を埋め込んだ環境情報構造化プラットフォーム：ロボットタウンを研究開発するものであ る．公道でのロボット運用実験に関する規制緩和をはかった「ロボット特区」での実績・経験をベースに、種々のロボットが活 動できるプラットフォームを実現する．

キーワード 知能ロボット, 街角分散視覚, RFID タグ, 人間生活環境

Robot Town Project

−Supporting Robots in an Environment with Its Structured Information−

Tsutomu HASEGAWA

†

Yoshihiko KIMURO

‡

and Michito MATSUMOTO

‡

†Faculty of Info. Scie. and Elec. Engi., Kyushu University, 6-10-1 Hakozaki, Higashi-ku, Fukuoka, 812-8581 Japan

‡ISIT 2-1-22 Momochihama, Sawara-ku, Fukuoka, 814-0001 Japan

E-mail: †[email protected], ‡{kimuro, matumoto}@isit.or.jp

Abstract This paper describes a new project named “Robot Town”, which aims at developing a common platform where

robots can work within an ordinary environment for dairy human life. To achieve autonomous robotic activities in such

environment, sensors and RFID tags connected with a network are distributed in the environment. Real-time data from sensors

and robots are integrated by the Town Management System together with GIS and other data-bases.

Keyword Intelligent Robot, Distributed Vision, RFIDTag, Daily Human Life Environment

1. は じ め に

オ フ ィ ス や 病 院 、 道 路 な ど の 公 共 空 間 、 あ る い は 住 宅 内 で 人 間 の た め に 働 く ロ ボ ッ ト の 実 現 に 向 け た 一 つ の 有 力 な ア プ ロ ー チ は 環 境 情 報 構 造 化 で あ る 。 人 間 が 共 生 す る 環 境 で は 、 単 体 の ロ ボ ッ ト に 実 装 し た 機 能 だ け で 、 多 種 多 様 な 状 況 に 適 応 し て 作 業 を 行 わ せ る の は 当 面 困 難 で あ る こ と か ら 、 環 境 側 に 多 数 の 分 散 型 セ ン サ や RFID タ グ 、 あ る い は ア ク チ ュ エ ー タ を 埋 め 込 ん で 、 ロ ボ ッ ト を 支 援 し よ う と い う も の で あ る 。 環 境 側 に セ ン サ を 埋 め 込 ん で 人 間 の 行 動 を 計 測 し 、 医 療 や 福 祉 な ど 種 々 の 応 用 に 用 い よ う と の 試 み は 少 な く な い [1]。し か し 分 解 能 の 高 い 行 動 計 測 に は 高 密 度 の セ ン サ 配 置 が 必 要 で あ る た め 、 ほ と ん ど が 単 一 の 部 屋 レ ベ ル の 実 装 で あ り 、 屋 内 か ら 屋 外 ま で の 連 続 空 間 、 あ る い は 街 区 に ま で 広 げ よ う と し た も の は 見 あ た ら な い ． 本 研 究 で は 、 次 世 代 ロ ボ ッ ト が 人 間 と 共 生 し て 種 々 の 作 業 を 行 う こ と を 可 能 に す る た め 、 環 境 側 に プ ロ グ ラ ム や 情 報 、 知 識 を 埋 め 込 ん だ 環 境 情 報 構 造 化 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム ： ロ ボ ッ ト タ ウ ン の 研 究 開 発 を お こ な う ．

2. ロ ボ ッ ト タ ウ ン の コ ン セ プ ト

ロ ボ ッ ト は 我 々 の 住 む ３ 次 元 空 間 に お い て 、 物 理 的 移 動 ・ 操 作 を 通 じ て 有 益 な 作 業 を 行 う 。 そ の た め の 基 本 と な る の が 、 ロ ボ ッ ト 自 身 お よ び 作 業 対 象 、 障 害 物 の 空 間 配 置 で あ る 。屋 外 で あ れ ば GPS を 利 用 し て ロ ボ ッ ト は 地 球 上 で の 自 己 位 置 を 正 確 に 知 る こ と が で き る 。 さ ら に 地 図 情 報 を 併 用 す れ ば 、 周 囲 の 状 況 も あ る 程 度 知 る こ と が で き る 。 し か し そ れ だ け で は 人 間 社 会 に 共 生 し て 種 々 の 作 業 を 行 う に は 不 十 分 で あ る 。 人 間 の 活 動 に よ り タ ウ ン 内 の 物 体 配 置 や 通 路 の 状 況 は 時 々 刻 々 と 変 化 す る か ら で あ る 。 こ れ ら の 変 化 を リ ア ル タ イ ム に 認 識 ・ 管 理 し て 、 ロ ボ ッ ト が 必 要 と す る 情 報 を 提 供 し 、 そ の 活 動 を 支 援 す る 機 能 を 環 境 側 に 持 た せ よ う と い う の が ロ ボ ッ ト タ ウ ン の 基 本 概 念 で あ る 。 研 究 開 発 目 標 の 概 念 図 を 図 １ に し め す 。 人 間 が 日 常

GPS ロボットタウン：ロボットが人 と共 生 しな がら働 く街 屋 外 無 線 LAN施 分 散 ビ ジ ョ ン シ ス テ ム 情 報 構 造 化 店 舗/ 建 造 物 （コ ン ビ ニ ， レ ス ト ラ ン ， 病 院 ， 薬 局 等 ） 知 的 シニアカー /ロボットカー 埋 込 センサ ICタグ 図 １ ロ ボ ッ ト タ ウ ン 概 念 図 生 活 を し て い る 街 区 に 、 ビ ジ ョ ン カ メ ラ を 分 散 配 置 す る 。 街 角 ビ ジ ョ ン は 視 野 内 の ロ ボ ッ ト や 歩 行 者 な ど の 移 動 体 の 位 置 や 姿 勢 、 運 動 方 向 を 計 測 す る 。 ま た 、 歩 道 路 面 や 側 壁 面 あ る い は 建 物 内 部 に は RFID タ グ や セ ン サ を 分 散 配 置 す る 。 街 角 カ メ ラ 、 ロ ボ ッ ト 、 セ ン サ は ネ ッ ト ワ ー ク を 通 じ て 、 タ ウ ン マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム に 接 続 さ れ て い る 。 こ の マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム が GIS 等 の デ ー タ ベ ー ス を 含 め 、 す べ て の 情 報 を 統 合 ・ 管 理 し 、 街 中 の 人 、 ロ ボ ッ ト 等 の 移 動 体 の 状 況 を 実 時 間 で 認 識 ・ 把 握 す る 。 各 ロ ボ ッ ト は そ の 周 囲 の 移 動 体 や 障 害 物 状 況 な ど の 必 要 な 情 報 を マ ネ ー ジ メ ン ト セ ン タ か ら 供 給 さ れ 、 そ の 作 業 目 的 を 達 成 す る こ と が で き る （ 図 ２ ）。 セ ン サ や RFID タ グ の 配 置 は 、 で き る だ け ス パ ー ス に し た い 。 計 測 範 囲 が 広 大 で あ る の で 、 シ ス テ ム 構 築 の 初 期 コ ス ト や 運 用 ・ 保 守 管 理 コ ス ト 面 の 実 現 可 能 性 を 保 障 し な け れ ば な ら な い か ら で あ る 。 ま た ス パ ー ス な 配 置 は 、 人 間 に と っ て 自 然 で 快 適 な 生 活 環 境 の 維 持 に も つ な が る 。 そ の 反 面 、 ロ ボ ッ ト の 行 動 に 必 要 な 空 間 的 計 測 精 度 の 確 保 が 、 一 般 的 に は 難 し く な る 。 こ れ ら の ト レ ー ド オ フ を 探 る こ と も 研 究 課 題 と な る 。 し か し 、 環 境 内 で 行 動 す る ロ ボ ッ ト 自 体 に も 内 界 セ ン サ に よ る 自 己 運 動 計 測 機 能 や 、 レ ー ザ レ ン ジ セ ン サ な ど に よ る 周 囲 状 況 計 測 機 能 が あ り 、 こ れ ら か ら 得 ら れ る 情 報 と 環 境 分 散 配 置 セ ン サ か ら 得 ら れ る 情 報 と に よ り 、 必 要 な 精 度 の 確 保 は 可 能 で あ る と 考 え て い る 。 自動車検出 歩行者・ 自動車情報 周囲状況 環境情報 分散ビジョン ロボット 自己位置計測 分散センサ ロボット

3. 分 散 街 角 ビ ジ ョ ン

分 散 街 角 ビ ジ ョ ン に は 、 単 眼 の テ レ ビ カ メ ラ を 固 定 し て 用 い る 。 差 分 画 像 処 理 と 著 者 ら に よ り 開 発 さ れ た 高 速 レ ベ ル セ ッ ト 法 [2]と を 組 み 合 わ せ た も の を ベ ー ス に 、 移 動 体 の 検 出 と 位 置 計 測 を 実 時 間 で 行 う ． 図 ３ に ２ 台 の カ メ ラ で ２ 名 の 追 跡 実 験 を 行 っ た 例 を 示 す 。 屋 外 で は 、 日 照 変 化 や 風 に よ る 草 木 の 動 き に よ る 背 景 画 像 の 変 動 の 影 響 が あ る が 、固 定 カ メ ラ で あ る の で 、 カ メ ラ 毎 に 学 習 に よ る 適 応 [3]や 、対 象 エ リ ア に 関 す る 知 識 な ど を 導 入 す る こ と に よ り 、 頑 健 性 を 高 め る こ と が で き る ． 移 動 体 が 視 野 内 に 入 っ て き た と き に 、 他 の ビ ジ ョ ン シ ス テ ム で 計 測 さ れ た 結 果 が あ れ ば 、 ネ ッ ト ワ ー ク 経 由 で タ ウ ン マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム か ら そ れ ら の 情 報 図 ２ 情 報 の 流 れ

を 得 る こ と が 出 来 る の で 、 こ れ を 利 用 し て 画 像 計 測 処 理 の 頑 健 性 を 高 め る こ と が で き る 。 ま た 、 レ ー ザ レ ン ジ セ ン サ な ど ロ ボ ッ ト に 搭 載 さ れ た セ ン サ 情 報 を も 統 合 し て 、 全 体 と し て 精 度 の 向 上 と 頑 健 性 の 確 保 を は か る ． 各 ビ ジ ョ ン か ら の 移 動 体 に 関 す る 位 置 情 報 は 、 タ ウ ン マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム に 逐 次 送 ら れ 、 ロ グ と し て 過 去 の 動 作 系 列 が 保 存 さ れ る ．

4. RFID タ グ に よ る 環 境 情 報 構 造 化

屋 外 通 路 や 建 物 内 部 床 面 に は 、RFID タ グ を 埋 込 配 置 し 、 環 境 情 報 構 造 化 を は か る 。 ま た 住 宅 内 什 器 や オ フ ィ ス ・ 病 院 内 で ロ ボ ッ ト が 操 作 対 象 と す る 物 品 に も RFID タ グ を 添 付 し て 、そ れ ら の 認 識・移 動 管 理 に 用 い る 。 こ れ ら に よ り 移 動 ロ ボ ッ ト の 自 己 位 置 確 認 、 あ る い は マ ニ ピ ュ レ ー シ ョ ン 作 業 支 援 が な さ れ る 。 内 蔵 電 源 を 持 た な い パ ッ シ ブ タ グ に つ い て 、 実 環 境 使 用 状 況 下 で の 、 確 実 な 読 み と り 動 作 条 件 、 移 動 ロ ボ ッ ト 位 置 姿 勢 計 測 精 度 な ど 、 性 能 確 認 を お こ な っ た 。

5. タ ウ ン マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム

宅 内 、 オ フ ィ ス や 病 院 な ど 建 物 単 位 、 お よ び そ れ ら の 集 合 と し て の 街 区 単 位 で タ ウ ン マ ネ ー ジ メ ン ト シ ス テ ム は 管 理 区 域 内 の 人 や ロ ボ ッ ト な ど の 移 動 体 の 位 置 ・ 姿 勢 お よ び 運 動 を 計 測 し 、 個 々 の ロ ボ ッ ト の 動 作 お よ び 作 業 を 支 援 す る ． 通 常 の GIS に く わ え 、街 角 ビ ジ ョ ン シ ス テ ム の 配 置 と 視 野 範 囲 、RFID タ グ の 設 置 状 況 、ロ ボ ッ ト 形 状 デ ー タ な ど を 基 本 デ ー タ ベ ー ス と し て 装 備 す る 。 ビ ジ ョ ン シ ス テ ム に 対 し て は 、 観 測 さ れ る は ず の ロ ボ ッ ト の 形 状 や 位 置 情 報 を 渡 し て 、 ビ ジ ョ ン 処 理 を 容 易 に す る と と も に 、 そ の 処 理 結 果 の 検 証 を 支 援 す る 。 ま た ビ ジ ョ ン や ロ ボ ッ ト か ら の 位 置 情 報 を 統 合 し 、 認 識 処 理 や 一 計 測 結 果 の 一 貫 性 を 維 持 管 理 す る 。 実 証 実 験 シ ナ リ オ の 設 定 と 、 そ の 中 で の 構 成 要 素 間 の イ ン タ ラ ク シ ョ ン の チ ェ ッ ク を 繰 り 返 し な が ら 、 プ ロ ト コ ル の 定 義 と 拡 張 を す す め て い る 。

6. 実 証 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム

環 境 情 報 構 造 化 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム で の ， ロ ボ ッ ト を 用 い た モ デ ル 住 宅 に お け る 生 活 支 援 ， 病 院 内 で の 移 動 支 援 の 実 証 実 験 を お こ な う 。 福 岡 市 の 博 多 湾 埋 め 立 て 地 「 ア イ ラ ン ド シ テ ィ ー 」 内 の 中 央 公 園 一 角 に あ る レ ン ガ 住 宅 （ 写 真 １ ， ２ ） の 内 部 お よ び 周 辺 領 域 を 対 象 に 環 境 情 報 構 造 化 を 行 い 、 住 宅 内 部 で の ロ ボ ッ ト に よ る 生 活 支 援 、 周 辺 地 域 で の 通 行 者 と ロ ボ ッ ト と の イ ン タ ラ ク シ ョ ン 支 援 を お こ な う た め の 環 境 整 備 を 行 っ た 。 ま た プ ラ ッ ト フ ォ ー ム と し て の オ ー プ ン 化 、 標 準 化 を は か る た め 、 ハ ー ド ウ エ ア の イ ン タ フ ェ ー ス 、 通 信 イ ン フ ラ 等 検 討 を 進 め て い る 。 図 ３ ２ 台 の カ メ ラ に よ る 歩 行 者 の 追 跡

写 真 １ レ ン ガ 住 宅 正 面 図 写 真 ２ レ ン ガ 住 宅 と 歩 道 た 、 九 州 大 学 病 院 に お い て 、 病 院 内 の 環 境 情 報 構 造

7.

ボ ッ ト が 人 間 と 共 生 し て 種 々 の 作 業 を 行 う

文 献

[1] 佐 藤 知 正 、 森 武 俊 、 原 田 達 也 ， ロ ボ テ ィ ッ ク ル [2] 、 [3] 鷲 見 和 彦 ,“情 景 ま 化 を 行 い 、 模 擬 患 者 を 乗 せ た 知 的 車 い す に よ る 行 動 支 援 を 行 う 。

む す び

次 世 代 ロ こ と を 可 能 に す る た め の 研 究 開 発 プ ロ ジ ェ ク ト に つ い て 述 べ た 。 こ れ は 、 環 境 側 に プ ロ グ ラ ム や 情 報 、 知 識 を 埋 め 込 ん だ 環 境 情 報 構 造 化 プ ラ ッ ト フ ォ ー ム：「 ロ ボ ッ ト タ ウ ン 」 の 実 現 を め ざ す も の で 、 そ の 概 略 と こ れ ま で の 成 果 の 一 部 を 紹 介 し た ． ー ム の 知 能 − ユ ー ビ キ タ ス 知 能 − ， 日 本 ロ ボ ッ ト 学 会 誌 ， vol.20, no.5, pp.482-486, Jul. 2002. 倉 爪 亮 、由 井 俊 太 郎 、辻 徳 生 、岩 下 友 美 、原 健 二 長 谷 川 勉 ,”Fast Level Set Method の 提 案 と ビ デ オ 画 像 の 移 動 物 体 の リ ア ル タ イ ム 追 跡 ” 情 処 論 ， vol.44, No.8, pp.2244-2254, 2003

関 真 規 人 、 和 田 俊 和 、 藤 原 秀 人 、

変 化 の 共 起 性 に 基 づ く 背 景 差 分 ” 情 処 論 , vol.44, no.SIG5(CVIM6), pp.54-63, Apr.2003.