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協調ポジショニングシステムの研究 CPS BACK TO COLONY ROBOTS

 (1992〜)。移動ロボットにとって、自分が今いる場所を正確に知る位置同定機能を持つことは必要不可欠である。このためには普通車輪の回転角度を積分してゆくデッドレコニング法や、環境にあらかじめランドマーク(灯台)を置いておきそれまでの相対位置を測定する手法が利用されるが、前者ではタイヤの滑りによる計測誤差の蓄積、後者では事前にランドマークを設置しておく必要があることなどの欠点があり、遠距離の移動や未知の環境での移動には不適当であった。

 提案する「協調ポジショニングシステムCPS」は、複数台のロボットの協調動作で未知/不整地環境での高精度な位置同定を可能にするものである。図1は3台のロボットを利用したCPSの例である。これでは、ロボットが新たにP3の位置に来て停まったとき、P1とP2にいるロボットが相対角度θ1,θ2と、仰角φ1,φ2を計測してその位置を同定する。その後、例えばロボット1をP1の位置から破線の矢印のように移動させて停まり、その位置をロボット2と3から計測するという動作を繰り返すものである。

 写真1は第一次機械モデル(CPS-I)。群中の他のロボットを検知するために、レーザスリット光の水平方向走査とレーザレンジファインダから投射されるビーム光の垂直方向走査を組み合わせる機構を採用し、位置同定精度は平均で移動距離の0.92%であった。写真2はより高精度な位置同定を実現した第二次機械モデル(CPS-II)。これはコーナーキューブの自動探索機構を有するレーザレンジファインダを搭載した親ロボットと、6つのコーナーキューブを放射状に配置した数台の子ロボットからなる。最尤推定法により冗長な位置情報を融合し精度向上を図った場合の位置同定精度は0.12%であった。写真3は屋外での長距離移動が可能な第三次機械モデル(CPS-III)。起伏のある傾斜地で長距離移動測定実験を行った結果、総移動距離323.9[m],最大高低差10.2[m]に対し、三次元位置同定誤差は976.3mm、移動距離の0.30%、姿勢誤差は 0.40度であった(図 2)。

Fig.1 An example of CPS with 3 robots

Photo.1 CPS-I

Fig.2 An example of the experimental results

Photo.2 CPS-II

Photo.3 CPS-III

References:

  1. 広瀬茂男, 倉爪亮, 長田茂美 : 群ロボットによる協調ポジショニング法, 日本ロボット学会誌, 13, 6, pp.838-845 (1995)
  2. 倉爪亮, 広瀬茂男, 岩崎倫三, 長田茂美, 指田直毅 : 協調ポジショニングシステムの研究-冗長位置情報の融合と機械モデル実験-, 日本ロボット学会誌, 14, 8, pp.1229-1236 (1996)
  3. 倉爪亮, 広瀬茂男, 岩崎倫三, 長田茂美, 指田直毅 : 協調ポジショニングシステムの研究 -CPS-II型システムの最適化移動形態-, 日本ロボット学会誌, 15, 5, pp.773-780 (1997)
  4. 倉爪亮, 広瀬茂男, 岩崎倫三, 長田茂美, 指田直毅 : 協調ポジショニングシステムの研究 -CPS-IIIを用いた自動清掃ロボットシステムの開発-, 日本ロボット学会誌, 16, 7, pp.934-941 (1998)
  5. 倉爪亮, 広瀬茂男, 岩崎倫三, 長田茂美 : 協調ポジショニングシステムの研究 -CPSアクティブタッチ融合型地図生成法-,日本ロボット学会誌、日本ロボット学会誌, 17, 1, pp.84-90 (1999)
  6. R. Kurazume, S. Nagata and S. Hirose, Cooperative Positioning with Multiple Robots, Proc. JSME 2nd Int. Conf. on Motion and Vibration Control, pp. 244-249 (1994)
  7. R. Kurazume, S. Nagata and S. Hirose, Cooperative Positioning with Multiple Robots, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Vol. 2, pp. 1250-1257 (1994)
  8. R. Kurazume, S. Hirose, S. Nagata, and N. Sashida, Study on Cooperative Positioning System -Basic Principle and Measurement Experiment-, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Vol. 2, pp. 1421-1426 (1996)
  9. R. Kurazume and S. Hirose, Study on Cooperative Positioning System - Optimum Moving Strategies for CPS-III -, Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, Vol. 4, pp. 2896-2903 (1998)
  10. R. Kurazume and S. Hirose, An Experimental Study of a Cooperative Positioning System, Autonomous Robots, 8, 1, pp. 43-52 (2000)
  11. R. Kurazume and S. Hirose, Development of a Cleaning Robot System with Cooperative Positioning System, Autonomous Robots, 9, 3, pp. 237-246 (2000)
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