ロボットアームによる
鍵の施錠、解錠操作
青森大学 ソフトウェア情報学部
藤澤研究室 3119033 高島諒

研究背景
今日では、スマート家電やIoT家電を使うことで家電製品を遠隔操
作することができる。最近では家電製品以外の物も、装置を取り付
けることでスマートフォンやリモコン、声で操作し、人間の代わりに
動かすことができるようになってきている。

研究目的
本研究では、先程のスマート家電と同じような操作を、ロボットアー
ムで行うことを目的としている。
•先行/関連研究
o Qrioのスマートロック「Qrio Lock」
サムターン式の鍵に設置することでスマートフォンやリモコンから遠隔操
作で鍵の施錠、解錠ができる。

• スマートロックの課題
▪ つまみの長さや厚さによって使える鍵が限定されてしまう

これに対して、ロボットアームでサムターン式の施錠、解錠を行う場
合、つまみを両側から挟む形で固定するため、つまみの長さ、厚さ
などを気にする必要がない。
したがって、本研究では遠隔操作でロボットアームを操作し、サム
ターン式の鍵の施錠、解錠を行う。

提案手法
ロボットアームで鍵の施錠、解錠を行う場合、Qrio Lockのように鍵に直接装置
を取り付けないため、鍵の場所を認識させる必要がある。そこで本研究では、
カメラを使ったテンプレートマッチングを行い、鍵の位置を特定する。
また、ロボットアームは無線機能がなく、カメラ操作が出来ない為、Raspberry Pi
を通じて外部からの命令の受信とカメラ操作を行う。

Raspberry Pi
Raspberry Piとは、イギリスのラズベリーパイ財団によって教育用に
開発されたシングルボードコンピュータである。SDカードにインス
トールしたLinux系のOSを起動して使う。インターネットを使うことが
でき、USB端子、HDMI端子がついている為、キーボードやマウス、
ディスプレイにつなげてPCとして扱うことができる。

テンプレートマッチング
テンプレートマッチングとは、デジタル画像処理において、対象の画
像からあるパターン画像（テンプレート画像）を探し出す方法である。
本研究では事前に鍵を撮影しており、カメラにて撮影された映像か
ら、テンプレートである鍵の検出・位置の推定を行う。
鍵のテンプレート画像

• カメラ画面
• カメラの画角内をマス目上に分割し、どのマス目上に鍵があるか、テ
ンプレートマッチングで探索する。
• ロボットアームが届く範囲に限界がある為、テンプレートマッチングに
よる探索範囲を画像の１～９のマス目上に限定し、それぞれのマス目
に対してアームを移動させるよう設定する。
１ ２ ３
４ ５ ６
７ ８ ９

• 遠隔操作によるロボットアームの
鍵の施錠、解錠の流れ １．リモコンで施錠、解錠の命令
５．ロボットアームのプログラム実行
Bluetooth
シリアル通信
カメラ 施錠されている鍵の探索
解錠されている鍵の探索
鍵の座標を渡す
鍵を探せ
４．鍵の位置情報を
ロボットアームに渡す
鍵
施錠
解錠
２．カギの位置を特定
施錠の命令 解錠の命令
Raspberry Pi

シリアル通信
シリアル通信とは、一本の通信線で2つの機器を繋ぎ、直列にデー
タを1ビットずつ連続的に送受信する通信方式である。本研究では
Raspberry Pi－ロボットアーム（正確には、ロボットアームを制御す
るArduino）間にてシリアル通信を行っている。

使用するもの
oRaspberry Pi oLogicoolカメラ 720p

oAdeept ロボットアーム oダイソー Bluetoothリモートシャッター

• 実際に繋げた写真

実験
本研究の目的を達成するために、3点の検証を行う。
１．ドア外からのリモートシャッターの命令がRaspberryPiに届くか
２．テンプレートマッチングで鍵を認識できるか
３．ロボットアームで鍵の施錠、解錠ができるかどうか
また、スマートロックの課題をロボットアームで解決できるかどうかを判断する為
に、
４．鍵のつまみの厚さを増やした状態で、３ができるか
加えて検証を行う。

考察・まとめ
検証した結果、１～４の項目すべてを達成することができた。よって
本研究の目的を達成できたといえる。しかし、シリアル通信の際に
Raspberry Piがフリーズしてしまうという課題が残った。
この課題を解決するために、改善案として、Arduinoと相性が良く、
シリアル通信がしやすいProcessingでテンプレートマッチングとシリ
アル通信を行い、課題の解決をしていきたい。