協調機械システム論
(04.11, 04,本郷)
協調機械システム論
東京大学 人工物工学研究センター
淺間 一
コミュニケーションとは
有線/無線による電気信号の受渡(ロボティクス)
通信を使わない協調?
センシング
個体間のインタラクション(発達心理学)
コミュニケーションが前提
コミュニケーションが成り立つ条件
● 共通のプロトコルが存在すること(先天的・後天的)
● 意図の伝達(感情,知識,ジェスチャ,言語)
コミュニケーションとは
●
●
単なる信号の授受ではない
意味
行動と知覚によって可能
意図
意味
意図
ノンバーバル・コミュニケーション
ジェスチャーや目の表情などが言語と同時に、何かを伝達するための手
段となっている。人と人とが直接かかわりあい、情報、感情などをコミュニケ
ートする時、ジェスチャーなどの非言語行動に負うところが多い。
この分野は言語学、文化人類学、動物行動学、心理学、コミュニケーション
学、社会学などにかかわる学際的アプローチによって開拓されつつある。
身体の動きや顔の表情の研究
(1)表象(エンブレム)
(2)身体操作(ボディ・マニピュレーション)
(3)例示的動作(イラストレーター)
(4)情動表出
(5)規制的動作(レギュレータ)
W.フォン・ラフラーエンゲル:ノンバーバル・コミュニケーション(本名信行、他訳)、大修館書店、1994
荷片づけ作業
作業目標
移動ロボットによってすべての荷を部屋の壁際まで押して移動し片付ける
前提条件
荷の個数,移動ロボットの台数:複数
荷の種類
軽い荷(1台の移動ロボット
で処理可能)
重い荷(複数台移動ロボット
の協調が必要)
既知情報:荷の位置,形状
未知情報:荷の重さ
荷片づけ作業に必要な機能
 作業状況の管理
 作業分担の決定
 チームの組織化
 環境情報の管理
 動作計画
 相互衝突回避
 協調制御(同期)
 機能補完
 役割分担の決定
 故障時のバックアップ
荷片づけ作業に必要な機能
 作業状況の管理
 作業分担の決定
 チームの組織化
 環境情報の管理
 動作計画
 相互衝突回避
 協調制御(同期)
 機能補完
 役割分担の決定
 故障時のバックアップ
相互衝突回避
経路計画問題のレベル
Lev el
Method f or Path Planning
Problem Solver
f or Pat h Planner
Problem Sol ving by Human Operator
High
Utility
Human
Communica
Operat or -tion
Problem Sol ving
by A Hi gh-Level Deadlock Sol ver
:
Problem Sol ving
Dynamic by A Low-Level Deadl ock Solver
Path
Planning Path Pl anning by A Robot Leader
Deadlock Solver
(Computer)
Coll isi on Avoi dance
Based on Communicati on
Coll isi on Avoi dance Based on Rules
Low
Coll isi on Avoi dance Based on
Local Algori thm
Static Path Pl anni ng
Mobile Robot
Sensing
相互衝突回避のアルゴリズム
Recognizing Situation
Collision Avoidance
based on Rules
Ok
NG
Collision Avoidance
based on
Communication
NG
Ok
Negotiation
Collision Avoidance
based on Rules
Collision Avoidance
based on Communication
Human Operation
衝突回避ルール
ルール1
If
and
then
相手の位置=[正面近接]
相手の速度=[逆方向]
左方回避経路
ルール2
If
and
then
相手の位置=[正面近接]
相手の速度=[同方向]
一定時間停止
ただしセンサの性能に依存する
相互衝突回避実験
ルールに基づく回避(1)
相互衝突回避実験
ルールに基づく回避(2)
道の譲り合いプロセス
無線通信システムによる通信手続き
Robot Aが優先度が高い場合
Robot A
1.衝突検出,停止
2.衝突検出送信
Robot B
3.了解送信
4.停止
5.停止継続指示
6.了解送信
7.回避動作
8.走行再開指示
道の譲り合いプロセス
無線通信システムによる通信手続き
Robot Bが優先度が高い場合
Robot A
1.衝突検出,停止
2.衝突検出送信
Robot B
3.了解送信
4.停止
5.停止継続宣言
6.了解送信
7.回避動作
8.走行再開指示
作業優先度の決定方法
作業内容に関する優先度: Ct
作業条件
緊急移動中
単純移動中
作業移動中
Ct
5
2
0
環境に関する優先度: Ce
環境条件
回避行動が可能な環境
回避環境が不可能な環境
Ce
10
0
ロボットの特性に関する優先度: Cp
ロボットの特性
自転型方向転回
操舵型方向転回(旋回自由度大)
操舵型方向転回(旋回自由度小)
Cp
2
1
0
C=Ct+Ce+Cp
例
Robot 1
C=2+10+1=13
Robot2
C=2+10+0=12
相互衝突回避実験
通信に基づく回避
荷片づけ作業に必要な機能
 作業状況の管理
 作業分担の決定
 チームの組織化
 環境情報の管理
 動作計画
 相互衝突回避
 協調制御(同期)
 機能補完
 役割分担の決定
 故障時のバックアップ
同期動作による大型対象物の搬送

コーディネータによる動作計画
セグメント(直線,円弧)の組み合わせ

動作(軌道,速度)の通信

同期動作開始指令(セグメントごと)
横方向の相対位置(距離)を超音波センサに基づき制御
同期動作実験
協調搬送システム
安全装置機構
力覚センサ
長尺物
fy
mz
fx
Y
全方向移動ロボット
R
X
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