A Study of Mobility Platform based on Cyber-Physical Cooperation for Human-Robot Coexisting Environments

基于信息物理协作的人机共存环境移动平台研究

• 批准号: 20K11776
• 负责人: 加藤 由花
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Tokyo Woman's Christian University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K11776/
• 关键词: 自律移動ロボット; 人移動モデル; サイバーフィジカル連携; IoT基盤; 移動ロボット

本研究は，サイバーフィジカル連携により，汎用的な人移動モデルを機械学習とシミュレーションを併用することでクラウド上に構築し，ロボットおよびIoT機器で収集するデータを用いて継続的にモデルを更新し，その結果をフィジカル側に転移することで，ロボットでの実時間知的制御の実現を目指すものである．具体的には，（A）ロボットと空間を共有する人の状態を実時間で把握するための環境情報取得手法の開発；（B）未来の状態を予測する人移動軌跡予測モデルの構築；（C）安全かつ効率的な移動経路をリアルタイムで生成するロボット経路生成手法の開発；（D）サイバーフィジカル連携に基づく基盤の確立の4つの研究課題を設定し，研究を進めた．期間全体を通して，課題ごとに以下の研究成果を得ている：（A）各人の位置座標を一観測ごとに入力し，ガウス過程回帰により移動軌跡を出力するフィルタの開発，（B）既存データセットから環境の特徴を含んだ訓練データを抽出し，分布間の類似度をKL情報量により比較することで適切な訓練データを構成する手法の開発，（C）複数の経路生成モデルを条件により切り替える手法の開発，（D）クラウド・IoT統合システム管理基盤の構築である．なお，1，2年目に実施した研究課題A，Bの成果を基に研究課題Cの方向性を見直している．具体的には，研究課題Cでは，当初，コストマップの動的学習を確率モデルとして定式化することを予定していたが，研究課題Aによりセンシング結果の予測分布が得られるようになったことから，人移動軌跡予測を経ずに，強化学習により直接ロボットの経路を生成するモデルの研究を進め，複数モデルを切り替える手法の開発に至った．今年度は，研究課題Cを実施するとともに，IoT統合システム管理基盤として，クラウド上で，機械学習におけるハイパーパラメータチューニングを行う手法を開発した．

这项研究旨在通过使用网络物理协作来实现实时的智力控制，通过结合机器学习和仿真来在云上建立通用的人类运动模型，并使用机器人和物联网设备收集的数据不断更新该模型，并将结果转移到物理方面。具体而言，建立了四个研究主题：（a）开发一种环境信息获取方法，以了解实时与机器人共享空间的人们的状态； （b）建造一个预测人民未来状态的预测模型； （c）开发机器人路径生成方法，该方法实时生成安全有效的运动路径； （d）建立基于网络物理协作的基金会。在整个时期内，每个任务都获得了以下研究结果：（a）输入每个人的位置坐标的过滤器，并通过高斯过程回归来输出运动轨迹； （b）一种从现有数据集中提取包含环境特征的培训数据的方法，并使用KL信息数量比较分布之间的相似性来创建适当的培训数据； （c）一种基于条件的多路径生成模型之间切换的方法； （d）集成云和物联网系统管理的基础。此外，根据第一年和第二年的研究主题A和B的结果，研究了研究主题的方向C。具体而言，研究主题C最初计划将成本图的动态学习作为概率模型，但是研究主题A可以获得对感应结果的预测分布，因此我们开始进行研究模型，这些研究模型通过增强学习模型直接生成机器人路径，而无需预测人类运动轨迹，并开发了一种在多个模型之间切换的方法。今年，我们实施了研究项目，并开发了一种用于在云上作为集成的物联网系统管理平台的机器学习中的超参数调整的方法。

项目成果

GPUクラスタを用いて並列化した自動チューニングの機械学習プログラムへの適用と安定性の検証

GPU集群并行自动调参在机器学习程序中的应用及稳定性验证

• 发表时间: 2021
• 作者: 西村直樹;張英夏;向井信彦;荒木健友;藤家空太郎，多部田敏樹，藤井昭宏，田中輝雄，加藤由花，大島聡史，片桐孝洋
• 通讯作者: 藤家空太郎，多部田敏樹，藤井昭宏，田中輝雄，加藤由花，大島聡史，片桐孝洋

BLEビーコンにおけるRSSIの出現確率を用いた外れ値除去による屋内位置測位の誤差削減

使用 BLE 信标中的 RSSI 出现概率去除异常值，减少室内定位错误

• 发表时间: 2022
• 期刊: 情報処理学会マルチメディア通信と分散処理研究会
• 作者: 小林 圭佑;布目 敏郎;高木 優希，串田 高幸
• 通讯作者: 高木 優希，串田 高幸

IoTデバイスへの重み付けと電池残量に基づく中継機能の停止判定によるデータ受信時間の延長

通过对物联网设备进行加权并根据剩余电池电量确定是否停止中继功能来延长数据接收时间

• 发表时间: 2022
• 期刊: 情報処理学会マルチメディア通信と分散処理ワークショップ論文集
• 作者: 杉本 一彦，串田 高幸

人と共存する自律移動ロボットにおける安全性と効率性を考慮したナビゲーション手法の評価

考虑与人类共存的自主移动机器人的安全性和效率的导航方法评估

• 发表时间: 2021
• 期刊: 情報処理学会DICOMO2021シンポジウム論文集
• 作者: 天野加奈子;加藤 由花
• 通讯作者: 加藤 由花

Development of a walking-trajectory measurement system

步行轨迹测量系统的开发

• DOI: 10.1504/ijma.2022.123919
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Mechatronics and Automation
• 作者: Tajima Nina;Kato Koichiro;Okada Eriko;Matsuhira Nobuto;Amano Kanako;Kato Yuka
• 通讯作者: Kato Yuka