移動ロボットの自律走行のための環境設計法に関する研究

本考案は自律移動ロボットの高度利用のための作業環境の整備方法について論具体的には、(1)ロボットにとって識別のしやすい人工的なランドマークを設計する、(2)設計した人工ランドマークを作業環境内に適切に配置する、という2つのテーマを設定し、その解決を図った。(1)については、人工ランドマークを、移動ロボット上に搭載された2次元CCDカメラを用いて捉えることで、移動ロボットの自己位置同定を実現する問題を考えた。ランドマークの形状として複数個の特徴点から構成されたものを想定し、特徴点間の相対配置をランドマークの設計パラメータとした。本研究では、「センサの測定値」と「特徴点間の相対距離」、「センサの測定値」と「ランドマーク・ロボット間の相対距離」、のそれぞれの関係式に関するヤコビ行列を特異値分解し、その特異値を用いて誤差を解析するアプローチを採用した。最終的には、ランドマークの製作誤差とセンサの計測誤差を統計的に求めることで、ランドマークの設計問題を解くことができた。(2)については、上記の解析により得られたランドマークを、与えられた環境と自己位置同定における要求精度に応じてどのようにして配置するかの問題を解析した。具体的には、最適配置問題の一分野である立地競争問題の解法を本問題へ拡張した。極値探索法を用いてランドマークを動かし、各ランドマークの勢力が均等となる配置に収束させることで、自己位置誤差を最小とするランドマーク配置の実現が可能となった。自己位置同定誤差が要求仕様の誤差を下回る必要最小限の個数のランドマークを適用することで、最適なランドマーク配置が可能となった。ワークステーションを用いたシミュレーションにより、最適配置を導出する事ができた。

本考案は自律移動ロボットの高度利用のための作業環境の整備方法について論具体的には、(1)ロボットにとって識別のしやすい人工的なランドマークを設計する、(2)設計した人工ランドマークを作業環境内に適切に配置する、という2つのテーマを設定し、その解決を図った。(1)については、人工ランドマークを、移動ロボット上に搭載された2次元CCDカメラを用いて捉えることで、移動ロボットの自己位置同定を実現する問題を考えた。ランドマークの形状として複数個の特徴点から構成されたものを想定し、特徴点間の相対配置をランドマークの設計パラメータとした。本研究では、「センサの測定値」と「特徴点間の相対距離」、「センサの測定値」と「ランドマーク・ロボット間の相対距離」、のそれぞれの関係式に関するヤコビ行列を特異値分解し、その特異値を用いて誤差を解析するアプローチを採用した。最終的には、ランドマークの製作誤差とセンサの計測誤差を統計的に求めることで、ランドマークの設計問題を解くことができた。(2)については、上記の解析により得られたランドマークを、与えられた環境と自己位置同定における要求精度に応じてどのようにして配置するかの問題を解析した。具体的には、最適配置問題の一分野である立地競争問題の解法を本問題へ拡張した。極値探索法を用いてランドマークを動かし、各ランドマークの勢力が均等となる配置に収束させることで、自己位置誤差を最小とするランドマーク配置の実現が可能となった。自己位置同定誤差が要求仕様の誤差を下回る必要最小限の個数のランドマークを適用することで、最適なランドマーク配置が可能となった。ワークステーションを用いたシミュレーションにより、最適配置を導出する事ができた。