移動ロボットの
ナビゲーション技術

 

千葉工業大学 上田隆一

本日の内容

 

  • 自身の背景
  • 研究室
  • 移動ロボットのアルゴリズム
  • 自身の研究

自身の背景

 

ソフトウェアでロボットを動かす人

 

上田研究室

 

  • 15名
    • B3: 13名、B4: 2名

     

  • 「自律ロボット研究室」
    • ロボットの状態認識・行動決定を研究
    • 機械学習も道具として少し扱う
    • RoboCup@Home
      • 学科で連携。上田研の貢献はまだまだ

最近の活動

 

3年の皆さんは使う道具(ハード/ソフト)の評価中

cnn

「トイプードル」だそうです。

移動ロボットの
ナビゲーション

 

  • ナビゲーション: 航海術
  •  

  • その昔、課題となったこと
    • どこにいるか知りたい
    • 正確な地図を知りたい
    • 安全で短い経路が知りたい
Chasing the light.jpg

遭難したらおしまい

By George Grie投稿者自身による作品, [1], CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3298445

ナビゲーション技術

  • 自己位置推定
  • SLAM(simultaneous localization and mapping)
  • 目的地までの経路探索

 

最近(ここ20年)の考え方

 

  • 確率論(ベイズ推論)の導入
    • 自身の分かっていること/分かっていないことを
      確率分布で表現

    • センサが良くなるまでのつなぎ扱いになることも

確率分布の記述

 

  • ガウス分布
    • カルマンフィルタ(1960年〜)

     

  • 格子地図
    • 状態空間を切って格子一つ一つに確率を記述

     

  • パーティクルフィルタ
    • 確率分布から標本抽出した標本の分布で記述

 

よく使われるアルゴリズム

 

 

  • graph-based SLAM
    • 精度行列(情報行列)に移動履歴やセンサでの
      観測履歴を登録し、後で最も精度行列を操作して
      ロボットの経路と地図を得る
    •  

  • visual SLAM
    • 画像の重ね合わせ
    • 画像どうしの相対姿勢からカメラの経路を推定
      (visual odometry)
    •  

ROS

 

  • ロボットのためのプロセス間通信の仕組み
    • 仕組みも重要だが使いこなすにはオープンソース活動の理解が必須
      • GitHubやLinuxのパッケージの利用
      • コミュニティーへの貢献

RoboCup@Homeでの利用(参考: インストーラのコード)

自身の研究

 

  • 海馬とナビゲーション
  • 情報不足な中での行動決定

海馬とナビゲーション

 

  • 哺乳類の海馬
    • 記憶や空間情報を扱う
    • 移動ロボットのアルゴリズムとの関連性を調査中
    • 海馬モデル検討会@ドワンゴ

CajalHippocampus (modified).png
By original: Santiago Ramón y Cajal (1852–1934)
derivative = Looie496File:CajalHippocampus.jpeg from: Santiago Ramón y Cajal (1911) [1909] Histologie du Système nerveux de l’Homme et des Vertébrés, Paris: A. Maloine, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3908039

自身の成果

「Particle Filter on Episode」

 

  • Monte Carlo Localizationを記憶(時間軸)の上で実行
    →学習アルゴリズムになる
    • 記憶を無限に蓄えられたら生物はどんな学習をする?
      という思考実験から
    • 7月に上海で発表

情報不足な中での行動決定

PFC(probabilistic flow control)法

 

問題

pfc_problem

PFCで得られる行動

実機実験(改良中)

 

対称・ほぼ自己位置推定できない環境でのナビゲーション

 

本日のまとめ

 

  • 移動ロボットの分野には確率論が流入し続けている
    • 機械学習の導入でさらに確率・統計の扱いが重要に

     

  • 移動ロボットを始めるならROS
    • 文化的な背景を知るとなじみやすい

     

  • 上田個人の研究
    • 応用例を増やしたい