確率制約条件付きモデル予測制御に基づく移動体の対人安全技術の確立

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サービスロボットなど人の生活空間で稼働する移動体には、人や障害物に対して安全性を確保した上で効率的に移動する技術が求められる。本申請課題では、人の検出・移動速度推定技術およびSocial force modelによる動きの予測とその不確実性を扱うための確率制約条件付きモデル予測制御による移動体の軌道計画技術の確立を目的とする。人の検出・追跡技術について、病院内での稼動を考慮した際には、高齢者の歩行を捉える必要があるが、高齢者特有の方向転換時のクロスステップや小刻みな歩行によって追跡対象である両脚の見失いや誤追跡が生じる問題があった。そこで、歩行中の両脚が加減速を伴う周期的な運動を行うことを考慮した追跡手法を提案し、取得した両脚の軌跡から歩行パラメータを計測可能な手法を提案した。また、クロスステップなどによって片脚が一時的にセンサから隠れ、その間の計測精度が低下する問題に対して、脚の観測値をスプライン曲線によって仮想的に算出し、再度フィルタリング処理を行うことで、計測精度を向上する手法を提案した。三次元動作解析装置を用いて提案手法の有効性を検証した。この技術により、ロボットに対峙した人の歩幅の変動や進行方向変更時のクロスステップを検出することで、当初適用を検討していた位置と力に着目したSocial force modelを用いるよりも、詳細かつ高精度に人の移動予測ができる可能性を提示した。さらに、提案技術を医療福祉分野の計測技術に応用した。移動体の行動計画について、提案の計測技術を用いて、人や障害物と安全な距離を保って人を誘導可能な技術をロボットに実装した。また、静止障害物に対して安全性を考慮した制約条件を用いた全方位移動ロボットの並進と回転の同時制御による障害物回避技術を確立した。ただし、確率的な制約条件の導入や複数名の人が存在する動的環境への拡張は今後の課題とする。