エレベータのドアの開閉にはスムーズでかつ安全に動作することが要求される。この課題に対し, 本研究では, ロボット工学における軌道生成術を適用検討した。自由パラメータを持つ5次の時間関数を仮定したドア速度パターンにおいて, パラメータ変動に対し不動点が存在することを発見した。この知見を有効利用することで, ドア最大速度を抑制しながらも, 短時間でドア開閉できる速度パターンを容易に生成できるようになった。

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実物の1/nの縮尺地盤模型に, 重力加速度のn倍の遠心加速度を作用させることにより, 実物と同じ地盤応力状態を再現し, 地盤と構造物・建設機械の相互作用現象に関する相似実験を可能とする遠心力載荷実験装置を紹介する。また, 適用事例として, トンネル掘削機が方向・姿勢制御したときに機体に作用する土圧や掘削時の負荷特性の評価などの研究事例を示す。

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我々はファクトリーオートメーション分野におけるロボットを使用したビンピッキング作業に視覚センサを用いた三次元円検出による部品位置決めを行っている。本稿では, ここで使用するステレオ計測について, 領域相関法による対応点探索方法を改良した新しい階層的ステレオマッチング手法を提案した。さらに, この手法を用いた円盤形状部品の位置決め実験を行い提案した手法が部品位置決め精度の向上に効果があることを確認した。

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長い溶接線を持つ構造物の自動溶接を目的とした移動ロボットの開発を図った。特に, 視覚を有する移動溶接ロボットによる角および曲線を含む溶接線の検出とその自動追従を実現するため, 視覚センサにより取得した画像に適切な処理を施し, さらにハフ変換を適用して角および曲線を検出するシステムの構築を図った。得られた溶接線位置情報を用いて溶接トーチをこれに追従させ, 自動溶接を行う。

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本研究では, 資源ごみ選別施設における資源ごみ(缶, 瓶, ペットボトル)ならびに異物(粗大ごみ, ガスボンベ)の識別を目的とする画像センシング技術について検討した。ここでは2台のCCDカメラとレーザースリット光による異種センサ融合方式の試作システムを制作し, レーザー投影画像によるごみの輪郭抽出とグレイスケール画像によるごみのテクスチャパターン抽出によるごみの認識実験を行った。

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LCD製品の外観検査において, 保護フィルムの上からフィルム表面の傷や異物に影響されずにガラス, 樹脂等の微小片や繊維片に代表される本体内部の混入異物を検出する方法について報告する。光切断面を移動して製品内部を走査することによって, 指定した深さの層の異物画像を取得し層間異物を検出するものである。高解像度のCCDカメラのパーシャルスキャン読み出しにより撮像時間の短縮を図りインライン検査への適用を可能にした。

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本報告では, shape-from-focus法を計測原理とし生産ラインへの適用を目的として考察した新しい三次元形状計測法について, その構成と計測精度について述べる。合焦面による計測対象の切断面の輪郭を合焦度評価値より求める。撮像光学系の直下を通過する移動ステージ上の計測対象を合焦面により連続走査することにより, 計測対象の輪郭情報を得ることができる。200μmの段差計測を行い, 20μmの計測精度(2σ)を得ることができた。

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次世代生産システムは変化に対する迅速な対応能力, 柔軟性, 多様性, 軽量性, グローバル性が重要な要件であると考えられている。本研究では, 動的変化に柔軟に対応可能な自律分散システムの持つ特性を有するスケジューリングアルゴリズムの研究と, このアルゴリズムを実際の製造工程や計画業務に適用した実用システムの開発を行なった。自律要素間での情報交換や調整・協調の仕組みを持ったアルゴリズムの提案と, フローショップ型生産システムのスケジューリング問題に適用して開発した実用モデルの評価について報告する。

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著者らは, 自律的に動作する知的なモジュール(以下, 「細胞」)により構成される細胞型機械システムの研究を行っている。本稿では, 著者らが細胞型機械システムの例題として従来開発を行ってきた細胞型生産システムに, 部品の清掃等を実行可能なクリーニング細胞を導入し, さらに従来は加工, 組立のみに使用していたロボット細胞に分解, 検査を実行するためのソフトウェアを追加することにより, 細胞型再生産システムの構築を行う。

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製造業は, 製造活動のグローバル化, 労働環境の変化, 環境問題の深刻化など, 急激で大きな環境変化に直面し, 多くの共通する課題を抱えているのが現状である。これら世界の製造業が共通して直面している課題について, 先進各国の産・学・官が連携して, 共同研究開発を実施し, 解決を図るための仕組みがIMS(Intelligent Manufacturing System : 知的生産システム)プログラムで, 1989年に吉川先生(元東京大会総長, 現放送大学長)により生み出され, 日本から世界に提唱されたプログラムである。現在, 日本, アメリカ合衆国, オーストラリア, カナダ, 欧州連合及びスイスの6地域が参加している。今回ここでは, IMSプログラムの概要と国内でのIMSプログラムの取り組み状況を報告する。

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磁性材料の磁歪効果を利用して, 回転体のトルクを非接触で測定できる磁歪式トルクセンサを工具ホルダに組み込んだセンサシステムの開発を行っている。ドリル加工およびエンドミル加工において, 開発したセンサシステムから得られる切削トルクと工具損傷との関係を調べる実験を行っている。実験結果から, 開発したセンサシステムから得られる切削トルクを基に, 工具損傷を認識することが可能であることを確認している。

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大型構造物の機械化システムにおいて, 大きな技術課題となるのが大型・重量物・不定形部材の搬送・組立である。我々は, 従来のクレーンに代り得る知的な新しいハンドリング手段のひとつとして, ワイヤとシリンダを組合せた新しいハンドリング装置の試作と機能確認を行った。また, これをキーコンポーネンとする新しい機械化システムとして, 住宅建設現場での部材のハンドリングを取り上げ, エンドエフェクタ, センシングシステムの検討など, 現場施工への適用研究を行った。

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移動型ラックをベースとする集密型自動倉庫の管理システムの最適化をGAを用いた構築した結果を報告する。

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近年ロボット技術の活躍の場は従来の工場などの人と隔離された環境から, 医療福祉・サービスなどのより人と接する環境へと広がりを見せている。これらの新しい分野では, 環境を実時間で認識し, 対応することが要求される。本研究では実時間動画像処理を用いて運動物体の追跡を行い, また物体の運動特性を考慮した手法により物体の運動を予測することを目的とする。

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本研究では, RoboCup小型機部門のルールの準じた全方向移動能力と全方位視覚を持ったサッカーロボットの開発を進めている。システムはロボット部とメインコンピュータ部に分かれており, 両者は無線で通信している。本発表では, ロボット部から間欠的に送られてくる搭載カメラの画像とデッドレコニングの情報に基づいて, 作業対象であるボールの運動を推定する方法について報告する。さらに, 実機を用いた検証結果を示す。

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ロボカップ実機小型リーグでは, 敵味方のロボットやボールの動きを追跡し, 試合の状況を把握する実時間画像認識システムが必須である。本システムでは, まずモニタ画面上でマウスを利用してフィールド枠の設定や追跡するボールと複数のロボットを登録し, 次に, カラートラッキングビジョンを用いて, テンプレート照合により動き回るボールの座標値およびロボットの座標値と向き(8方向)を出力する。実験の結果, ボールと10台のロボットを追跡することができた。

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RoboCupでは, リアルタイム性とロバスト性が非常に強く要求される。我々の開発した従来のシステムでは, リアルタイム性を高めるために, YUV空間による色情報だけで物体を識別していた。しかし, 色情報だけでは光源の種類や明るさの変化に弱くロバストな物体識別が困難である。そこで, 物体の物理的な制約を考慮することでロバスト性の高いVisionシステムとなった。

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局所的な通信機能を有するロボットに通信中継の行動原理を与え, 空間に複数台分布させると, ロボットの空間に対する台数密度がある程度高いとき1台のロボットの通信可能範囲を超えて, 空間の遠方まで通信が届くようになる。しかし, その通信の伝達が規則正しく行われなくなることが起こり, これを通信の混乱状態と定義する。, ロボット台数, 空間の広さ, 通信送信間隔などをパラメータとしてコンピュータシミュレーションから, その発生条件を分析した

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著者らは, 現在までに, 「形態」と「知能」を有するロボットシステムが環境と相互作用しながら進化することにより, 有効な機能を獲得する進化的設計手法の概念を提案してきた。本研究では, 環境に存在するノイズ量の違いによって発現する機能の特性の違いを調べ, 外的環境に対する「形態」と「知能」の関連性を明らかにする。

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生物のように不整地移動能力の高いロボットを実現するため, 生物の力学的な柔軟性と神経回路綱に着目した。これらを3リンク2関節の直鎖リンク型移動ロボットに適用し, 計算機シミュレーションを行った。各関節にコンプライアンス制御を行うことで柔軟性を持たせ, リカレントニューラルネットワーク(RNN)により全体を制御した。遺伝的アルゴリズムを用いて進化させた結果, 環境適応性に優れたRNNを創発的に獲得した。

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本研究においては, 生物の制御器である脳の情報計算理論等に基づいた手法を用いることでロボットの移動メカニズムを構築していくことを目指している。前報では, フィードバックフィードバック誤差学習により内界情報を用いた低レベル制御器の獲得を行った。しかし, その際使用した情報とは座標系に依存しているものであったが, 移動の際に座標系依存の情報処理とは考えにくい。そこで本稿では, 座標系情報に依存しない制御器として。目標センサパターンを実現する制御器の構築を行った。

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走行駆動力を持たない移動マニピュレータにおいて車載マニピュレータのみを動かし, その干渉を利用して走行する運動を獲得したとき, 車載マニピュレータが台車を走行させる運動知能を獲得できたと考える。ここでは車載マニピュレータの目標運動を, 遺伝アルゴリズムを用いて探索を行う。シミュレーションで干渉を利用して走行する車載マニピュレータの目標運動の探索を行い, 実モデルでその運動を確認した。

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本研究では, モータスキルの解明に関する基礎的研究を行っている。人による倒立振子の安定化では, 非常にリズミカルな動的安定化が観測される。そこで, 本稿では, 人の特性を考慮した神経振動子による動的安定性を実現したので報告する。

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細菌は単細胞生物にもかかわらず, 環境刺激に反応し, 走化性と呼ばれる誘引物質の探索行動や忌避物質からの逃避行動を実現している。このように細菌が, 様々な機能や複雑な運動をたったーつの細胞のみで実現しているという点は非常に興味深い。そこで, 生命のソフトウェアを理解する上で, まずは細菌の走化性に着目し, それをコンピュータシミュレーションを用いて再現することを試みた。さらに, このモデルを移動ロボットの制御に応用する。

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移動ロボットを遠隔操作することで, インターネットを経由してWWWブラウザを用いて本物の美術館を鑑賞するシステムを開発している。本稿では, 2000年の2月末に開催される筑波大学芸術学群の卒業・修了展の際に県立つくば美術館内で, 開発中のボットを動かした結果について報告する。

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本研究では, テレオペレーション技術を応用し, 操作者作業空間と, 微細作業空間とのスケーリングにより, これらの作業を人間がストレスを感じず効率良くおこ作業を行うことを可能にする, 遠隔微細作業システムを提案する。マスターマニピュレータとスレープマニピュレータとはインターネットを介して接続され, 両者の遠近を問わず, 遠隔操作が可能である。人間側には力覚フィードバックが可能なハプティックインターフェースを用い, あたかも拡大スケーリングされた微小物体を手先に触れているかのような臨場感を提供する。

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本研究では, 仮想作業空間と実作業空間をネットワークを用いて接続することにより, 時間的, 距離に離れた遠隔地の操作者が介在することを前提とした, 情報の双方向性を持つ卓上マイクロロボットファクトリの作業環境のあり方について検討する。本報では, 操作側に, 作業環境の視覚や反力などの情報提示を可能とする卓上マイクロロボットファクトリ用仮想作業空間の構築結果について報告する。

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ロボットなどの遠隔操作を行う際, , 遠隔地より送られてくる視覚情報は複雑なタスクを実行するために非常に重要である。しかし, 通信インフラの状態により視覚情報の更新レートが変化するため, 操作性の悪化などの問題が生じる。そこで, 本研究では, 視覚情報のうち画像情報の伝送手法について検討した。通信インフラの状態を計測し, それを基に操作者に対して, 遠隔操作に支障がでない程度の画像情報を伝送して提示する。

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原子炉内や海中, 宇宙といった極限環境下において作業を行うロボットには, 環境に適応して行動できる自律性が求められると同時に, 外部から指示された行動を適確に達成するための遠隔操作技術が必要となる。筆者らは, 移動ロボットの遠隔操作のためのインターフェイスとして, ネットワーク対応及びマルチプラットフォームといった特徴を有するJava言語を用いたGUIを開発している。本論文では, 開発したGUI及び移動ロボットへの実装について報告する。

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通信インフラ構築, 製造, 物流管理, サービス, 医療支援などの分野で活躍するフィールドワーカのためのマルチメディアとウェアラブルPCを駆使した快適な現場作業支援環境システムフィールドエイドのコンセプトを概説する。また, 前記のフィールド実験にあたり製作した首かけ型ディスプレイことネックマウントウェアラディスプレイやヘルメットマウント型ディスプレイの実証実験について報告する。

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ウエアラブルコンピータを使用した現場作業支援システムにおいて, SS無線LANを利用したネットワークシステムを構築した。本システムを実作業空間に導入し, プロトコルレベルでの通信スペックの評価, 作業支援のためのアプリケーション類(サーバへのバックアッップ, LAN内での動画像双方向通信)を用いた評価を行うことにより, その効果を確認した。

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センサベーストロボットをフィールドに効率よく導入し, 高信頼に操作するため, コンピュータとネットワークを活用したロボットフィールドスタートアップ支援技術を開発した。本報告では, フィールドでのデータ可視化, パラメータ調整, 教示支援機能について述べるとともに, ウェアラブルPCと無線LANを用いたシステム例を紹介する。

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現場作業支援において, コンピュータネットワーク上のデータを参照しながら作業が可能なウエラブルコンピュータは, 有効な作業支援ツールである。しかし, 作業支援では実世界の情報参照や物理的支援も重要となる。ここでは, 実世界に存在するエージェント(ロボット)と環境に配置したセンサ, およびそれらと連携したウエラブルコンピュータからなる作業支援システムを検討した。

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作業者間の情報共有による作業の円滑化, およびコラボレーションによる問題解決をサポートするシステムとしてマルチメディアデータを用いたドキュメントシステムを開発した。本システムはデータ収集用のPCからマルチメディアデータを取得し, これらを項目および収集時間ごとに整理し, 対応づけて閲覧者に提示可能である。ウェアラブルPCと本システムを連携させ, 故障復旧支援ツールとして試用実験を行なったのでここに報告する。

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工場やアミューズメント施設等におけるシステム不具合発生時には, 迅速な対応が要求され, 復旧させることが最優先となるため, 対処のノウハウの蓄積や本質的な原因解明を行うことが難しい。このようなトラブルシューティング作業における, 不具合状況, 対応情報を記録するとともに, サポート員間でのコラボレーション, 知識共有を促進するメンテナンス作業支援システムを構築した。本システムをメディアアート美術館であるICCにおける展示作品メンテナンスの支援に試験的に適用した。

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我々は動的な通路状環境において, ロボットのナビゲーションを実現する方法として, 行動規範型自律移動ロボットに環境知識を持たせる手法を提案している。ロボットは角度, 距離といった計測情報を用いずに, 床面に人工的に設置した色をランドマークに用いることで, 環境のトポロジカルな構造を非記号的な知識表現を使い自己組織的かつ可塑的に獲得しナビゲーションに利用する。

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人間が生活する屋内環境内で機能するロボットは, 様々な作業を円滑に実現できなくてはならない。作業環境をバリアフリーと想定した場合, 移動方法として車輪型を用いることは, エネルギ効率の見地から有効であると考えられる。本報告では, 屋内環境を意識して, 開発を進めている車輪型全方向移動ロボットプラットフォームの移動機構, 及びその姿勢安定化のための移動制御法について報告する。

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人間の住環境で動作する移動ロボットシステムを実現するためには, 従来の構造化環境下で動作するシステムとは異なるアプローチが要求される。すなわち, 環境地図の生成と自動更新, および, この環境地図に基づくロバストな移動である。本研究では, 環状超音波センサを搭載した移動ロボットを用い, 地図更新のための, 環境変化検出原理, 検出結果の信頼性の評価を開発し, 実際にオフィス環境で動作させることを目標としている。

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最近, 環境変動に対してロバストなあいまい行動型制御系の学習方法として, 各行動群ごとに学習するモジュール学習法が提案されている。しかしながら, 実際のロボットに適用し, 実験による検証は行われていない。そこで, 本稿ではこの手法を小型移動ロボット「ケペラ」の目標地点獲得制御に適用し, 実機実験によりこの手法の有効性を確認する。また適切な行動知識を得るためにシミュレーションによる学習を行い, 得られた行動知識をそのまま実験に用いることとする。

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実環境で実用的に動作する自立移動ロボットには環境中の自己位置の推定機能が必須である。本論文では, 上位のナビゲーションプログラムとは独立に動作する自己位置推定システムについて述べる。このシステムはエンコーダと環境地図を利用してシミュレートされた超音波センサの値と実際のセンサ値を比較することでデッドレコニングに生じる推定位置誤差を修正する。また本論文では自立ロボット「山彦Liv」を用いた長時間の動作実験の結果についても述べる。

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The real-time force control of a quadruped robot involves the optimization of an underdetermined force system subjected to both equality and inequality constraints. A new method for optimal force distribution for the legs of a quadruped robot is presented in this paper. It is characterized by transforming the friction constraints from the nonlinear inequalities into the combination of linear equalities and linear inequalities, by eliminating the linear equality constraints from the original problem to reduce the problem size, and by solving a quadratic optimization problem to meet the needs for quality of solution. The technique is compared with the existing QP Method and Analytical Method to show its superior performance in terms of the problem size, quality of solution and the scape application. The effectiveness of the proposed method is illustrated by giving some simulations of optimal foot force distribution for a quadruped robot.

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障害物を回避したり, 階段を昇り降りするなどの歩行ロボットの足先の運動を, 歩行エネルギー最少の条件から決定する逆解析について検討する。障害物などの空間的制約条件のもとで, 歩行エネルギが最小となる足先の軌道を生成し, 脚メカニズムにおける関節の回転角の時間変化を決定した。

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動作が豊富で人間に近い4足獣としての類人猿をモデルにしたロボットを製作し, 直立した状態からナックル歩行動作などの歩容に関する研究を行った。さらに, ナックル歩行動作とドラミング動作などを組み合わせた動作などについても検討した。

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近年, 歩行ロボットの開発には目覚ましいものがあるが, 不整地歩行能力は低く, 実用化への道は依然遠いと思われる。よって, 本研究では, 不整地に柔軟に適応する四足動物の歩行制御手法を導入することにした。これでは, 従来のロボット工学で常識とされた軌道計画を行なわず, リズム発生器と反射というトルクを出力する系と床面との相互作用の結果として, 不整地に動的な適応が自律的に生成される。これにより, 坂や段差などの不整地動歩行を実現している。

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本研究では, 視覚を用いて, 実環境中から特徴的な目印を抽出し, これをトラッキングすることにより, ロボットを直進走行させる手法の開発を行っている。本報告では, この手法を提案するだけでなく, 実験によりその有効性を示す。

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本研究は, 屋外環境下で用いる自律移動システムの開発を目的としており, 第15報ではODV(Omni Directional Vision)方式による自己位置標定装置のサブシステム性能評価について報告する。本装置は, 2枚の反射鏡を用い, 360度の視野を有するODVと近赤外イルミネータによって, 実経路上におかれたランドマークを撮像し, その方位関係から相対的な自己位置を算出するが, 本報では, 地図と組み合わせての標定精度について報告する。

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昆虫の中には, オプティカルフローを一定にする様な行動をとるものがいる。我々はこの様な昆虫の行動を規範とする複眼型センサを製作し, これを小型ヘリコプタに搭載して縞模様を見せることで, ホバリング時の高度を制御した。ヘリコプタは平行四辺形のリンク機構に接続させることで上下方向の移動のみを許した。また, 具体的な制御の方法としては, ワンチップマイコンを用いてメインロータの回転数とピッチ角を制御した。

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一般に歩行ロボットは対地適応性向上のために多くの自由度を有している。そこで我々はこの自由度を視覚による環境認識に利用することを考え, ロボット本体の揺動運動と単眼による移動ステレオ視を組み合わせた, 歩行ロボットのための奥行き知覚システムを提案する。本システムは, i)単一のCCDカメラを搭載したロボット本体部にある特定の運動を行わせ, ii)内界センサにより得られる運動推定量とオプティカルフローを, 基本行列の成分を状態変数とするカルマンフィルタにより融合し, iii)得られた運動推定量とオプティカルフローの分散値から奥行きを推定するものである。

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本研究は, 二自由度視覚センサを搭載した非全方位独立二輪駆動型移動ロボットが, スタートとゴールの座標のみを与えらた未知空間において障害物を回避しつつ, ゴールへ確実かつ自律的に到達できる走行法の開発を目的としている。従来の走行法において走行不可能であった隣り合う二つの障害物が形成する狭路の経路情報を視覚センサにより取得し, より効率的にゴールへ到達する走行法の開発を行った。

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本研究では, 単眼の視覚センサを有する車輪型移動ロボットが, 三次元未知空間内で障害物を回避し, ゴールまで確実かつ自律的に到達できる走行法の開発を目的としている。本走行法では目的地をランドマークで示し, 目的地までの情報を平面ゴールより取得させ連続して目的地を目指す走行法の開発を行っている。

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