作成： 1998/10/30 石川 信行
データ番号 ：120016
人間協調型移動ロボットの走行技術開発
目的 ：原子力プラント巡回点検を目的とした高信頼性を有するロボット走行技術の開発
研究実施機関名 ：日本原子力研究所制御知能工学研究室
応用分野 ：ヒューマンインターフェイス、ロボット工学、プラント保守・点検
概要 ：
自律移動ロボットがセンサ情報に基づき行動するためには高度な環境認識と行動計画の能力が必要である。この能力の実現には困難を伴うため、解決策として人間が必要に応じて積極的に介在してロボット動作を支援するシステムとして「人間協調型ロボットシステム」の開発を行ってきた。ここでは、このシステムで走行を実現するための要素として開発した割り込み機能付き走行コマンドインタプリタを中心にシステムの概念などを述べる。
詳細説明 ：
不定型環境下におけるタスク遂行の実現を目的として自律移動ロボットの研究開発が行われている。自律移動ロボットでは環境の変化に対処するために、外界センサで環境を認識し必要に応じてあらかじめ設定された行動が修正される。すなわち、センサリフレクティブな行動をとることにより、環境変化に対してロバストなシステムを実現している。しかし、実環境下においてセンサ情報に基づき行動を修正するためには高度な環境認識能力と行動の再計画能力が必要となる。そこで我々は作業遂行の迅速性・信頼性の向上を目的として、環境に変化が生じた場合には積極的に人間が介在しその動作を支援するシステムとして、人間協調型移動ロボットシステムの開発を行ってきた。
このシステムでは通常ロボットは実装された自律行動プログラムに従って行動する。行動中は内界センサによる自己位置推定および外界センサによる環境計測を行う。外界センサの測定値がその位置にロボットがいると想定したときに得られる値からある程度ずれた場合は環境に何らかの変化が生じたとみなし、自律行動プログラムの実行を一時中断して人間による操作支援を行う。ここでは、環境があらかじめ想定された状態にある場合を「正常」、環境に変化が生じてあらかじめ想定された状態からずれた場合を「異常」とよぶ。例えば、走行経路上に障害物が置かれた状態やプラントの巡回点検において温度などの測定値が予想以上に高い場合などが「異常」の状態に相当する。また、ロボットの動作がオペレータにより異常と判断された場合も「異常」の状態に相当する。
本システムの構成を図1に示す。システムは移動ロボットとホストワークステーションで構成される。ホストワークステーションにはシリコングラフィクス社製ONYXを、また移動ロボットのプラットフォームとしては、筑波大学知能ロボット研究室で開発された「山彦」を使用している。人間協調型システムを実現するために、移動ロボット上に割込み機能付き走行コマンドインタプリタを作成した。また、ホストワークステーション上のGUI(Graphical User Interface)は機能毎にツールで構成されておりロボット手動操作ツール、ポジショニングツール、パスジェネレーションツールを開発している。
図1 Configuration of human and robot collaborative system.
図2に走行コマンドインタプリタの概略を示す。自律走行のための経路は自律走行コマンド列で与える。インタプリタはこれらの走行コマンドをひとつずつ解釈してロコモーションコマンドを生成する。そして、ロコモーションコマンドは走行制御プログラムに引き渡されロボットの走行が実現される。割込みハンドラはPauseやRestartのインタプリタ制御コマンドを受けて走行モードの切り換えをする。Pauseコマンドを受けると自律走行コマンドの実行は一時中断され、走行モードは手動操作モードに切り換わり人間の支援を受け付ける状態になる。
図2 Schematic description of navigation command interpreter.
手動操作による走行の後に再び自律走行に復帰するが、その再開のさせ方として1)中断させた自律走行コマンドから再開させる、2)オペレータ(人間)が指定したコマンドから再開させる、という2つの方法をとることができる。以上の機能により人間協調型の走行が実現される。表1に走行経路を与えるための自律走行コマンドおよびインタプリタの動作を制御するためのインタプリタ制御コマンドを示す。
表1 Commands of navigation command interpreter.
・Navigation commands
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command explanation
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init x y θ Set the robot position as (x,y,θ) of the world coordinate system.
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stop x y θ Move the robot (x,y,θ) and stop.
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go x y Move the robot to (x,y) and execute next navigation command if the
robot arrives at (x,y).
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・Interpreter control commands
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command explanation
-------------------------------------------------------------------------------
INITIAL Initialization of the navigation command interpreter.
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SET_NAVI_COMMAND Set the navigation commands sequence.
< commands sequence >
-------------------------------------------------------------------------------
PAUSE Suspend the autonomous navigation.
-------------------------------------------------------------------------------
RESTART_CURRENT Restart the autonomous navigation from suspended
navigation command.
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RESTART_OTHER < n > Restart the autonomous navigation from other
navigation command directed by the number n.
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コメント ：
従来の移動ロボットの研究においては、ロボットの完全自律化をめざしている。しかし、完全自律ロボットシステムは複雑な問題に直面した場合の問題解決能力は充分とは言い難く、安全性・迅速性が要求される原子力プラントへの適用には不向きといえる。本研究では、このような問題の解決のため積極的に人間が介在して支援を行うのに適したロボットシステムの構築をめざし、そのための機能(インターフェイスなど)の拡充に重点を置いているのが特徴である。
原論文１ Data source 1：
Development of a human and robot collaborative system for inspecting patrol of nuclear power plants
N. Ishikawa and K. Suzuki
Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai, Ibaraki, 319-1195 Japan
Proceedings of 6th IEEE International Workshop on Robot and Human Communication, 118 (1997)
原論文２ Data source 2：
Development of human and robot collaborative navigation technology in nuclear power plants
N. Ishikawa, Y. Furukawa, S. Sasaki and K. Suzuki
Japan Atomic Energy Research Institute, Tokai, Ibaraki, 319-1195 Japan
Proceedings of the International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Intellectual Human Activity Support for Nuclear Applications, 213 (1997)
キーワード：人間協調型ロボットシステム、自律走行、人間協調型走行、人間による支援、走行コマンドインタプリタ、割込み機能
human and robot collaborative system, autonomous navigation, human collaborative navigation, human assistance, navigation command interpreter, intervention function
分類コード：120201