つくばチャレンジ2016に参加した際のロボットの製作概要をまとめた発表用資料です．

1. ハードウェア
ソフトウェア
メカニカルデザイン(Orange 2016)
360°撮影可能なカメラ。
人物探索及び信号認識
に使用する目的で取り
付けたが、今回は実装
が間に合わなかったた
め画像データの取得の
みに使用。
人や障害物
を検知し、環
境地図の作
成及び自己
位置推定に
使用。
人や障害物を
検知し、障害
物回避に使用。
車体の姿勢を
検知し、オドメ
トリと自己位
置とのずれの
修正に使用。
圧電センサを帯電防止ゴムで保
護し、クッション材で覆ったものを
使用。
（三井化学株式会社様より提供）
E-stopボタン
センサ付きバンパ
2D LIDAR
Gyro
全天球カメラ 3D LIDAR
RTK法とは、基準局（つくば会場）
のアンテナからRTKLIBというオー
プンソースファイルを通して衛星
と通信し、移動局（車体）に随時
数cm単位での自己位置情報を
発信するシステムである。
RTKLIBの実装案
※使用したア
ンテナ
TW2710GP
細いものへ変更
28mm→19mm
(Orangeは28mm)
人や障害物を
検知し、環境地
図作成及び障
害物検知に使
用。
メカニカルデザイン(Orange mini 2016)
Gyro
ビニール製でかぶせれば
よいというものであり、前
の部分はマジックテープ
で固定できるようにした。
2D LIDAR
E-stopボタン
雨カバー
車体の姿勢
を検知し、オ
ドメトリと自
己位置との
ずれの修正
に使用。
E-stopボタンと2D LIDARは
Orange 2016と同じものを使用。
軽量フレームの導入
モータ用リレー
180mm
230mmセンサ用電源
モータドライバ
PC用電源
E-Stop回路
100mm
35mm
昨年度
50mm
110mm
40mm
100mm 100mm
100mm
モータ用
モジュール
センサ用電源
モジュール
今年度
エレクトロニカルデザイン
(Orange 2016,Orange mini 2016共通)
・DCDCコンバータ
24V→5V、12V
・E-stopの回路
・モータドライバ
モータ用モジュール
・センサ用電源
・PC用電源
２台の車体の電気モジュー
ル化により
(1) スペースの節約。
(2) 開発期間の短縮
(3) 故障した時のバックアッ
プモジュールの共有化。
センサ用電源
モジュール
昨年度
今年度
ROSへの移行理由
・オープンソースであり、パッケージが豊富
→ロボット開発の効率アップ
・システムを構成するノードが独立
→プログラムの再利用性が高い
・JAUSに準拠した自律移動ロボットの開発
→開発期間の短縮及びモジュールの可換性の向上
概要
昨年度まではMATLABを使用していたが、今年度から
ROS（Robot Operating System）へ移行した。
また、ホイールオドメトリやフィードバック制御は、筑波大
学で開発されたYP-spurを用いて処理を行った。
ROS
JAUSMATLAB
ROS-bridge
Shared memory
Mobile robot
Sensor
Motor
Mobile robot
Sensor
Motor
ROSとMATLAB間やMATLABとJAUS間についてはbridgeプロ
グラムはできているが、現状ではJAUS用のMATLABのプロ
グラムをROSで動かせるようにはしていない。
JAUS(Joint Architecture for Unmanned System)とは、アメリカ
の国防総省が無人移動ロボットを使うのに推進している統
一規格のことである。この規格を用いることにより、開発す
る際のシステムやパーツの共有化ができ、ロボットを作る際
の時間短縮・サイクルコストの削減ができる。また、JAUSは
コンポーネントがベースで設計されているため、構成要素
の追加や削除が容易である。
JAUSYP-spurは筑波大学知能ロボット研究
室が開発したオープンソースの移動ロ
ボットのための走行制御プラットフォー
ムであり、ロバストな走行制御やデッド
レコニングによる自己位置推定を行っ
ている。
今回はROSでオドメトリ調整を行ってお
り、速度制御やフィードバック制御は
YP-spurで処理している。
モータドライバが独立して処理をするこ
とで、サンプリング時間が短くなり、より
正確な制御を行なうことができる。
YP-spur
モータドライバ モーター
ラップトップPC
速度制御
軌道制御
フィードバック制御
ロータリー
エンコーダ
フィードバック
YP-Spur
ソフトウェア構成
概要
・メカニカルデザイン：フレームの太さ及び搭載しているセンサが違う。
・エレクトロニカルデザイン：回路は両車体とも同じものを使用している。
法政大学自律移動ロボット研究室(ARL)ではつくばチャレンジ2016のために
「Orange2016」と「Orangemini2016」を開発した。
・ Orange2016→学部4年と院生で作成した車体。
・ Orangemini2016→学部3年が作成した車体。車体の主な違いは搭載している
センサー及びデザインである。
はじめに
去年からの変更点
・開発の効率性及び高性能化を目指して、開発環境をMATLABから、自律
走行用パッケージが豊富であるROS(Robot Operating System)へ。
・走行中の車体の安定のために、重心を低くした。
・両側面に魚眼レンズ
・周囲３６０度の画像を一度に撮影可能
・ファン
・対象までの角度が求めやすい．
・地面画像と天空画像に分かれる．
・人物探索、信号認識に用いることができる.
その他さまざまな研究に応用できる.
全天球カメラ(ThetaS)
特徴
下カメラ画像 上カメラ画像
地面画像 天空画像
メリット
ファン
天気・太陽の有無が判別できる
・発熱部位にファン(上下)
を取り付け、長時間連続
取り込みを可能にした。
工夫点
全天球カメラ
YP-spur

2. 環境地図作成
自律走行システム
②tukubagui (主にwaypointの移動、ノイズ除去)
環境地図の編集ができるツールをMATLABで開発した。waypointの移動、
環境地図作成の際誤って障害物として認識してしまった場所や細かなノイ
ズの削除ができる。
・waypointの移動
waypointをドラッグ＆ドロップすることによって簡単に移動さ
せることができる。
・ノイズの削除
範囲を指定してその中にあるノイズを削除．
・編集後の環境地図
走行結果
Active2014
358.2m (11分)
Orange2015
200m 13分
Orange mini 2015
35m 1分
Orange2016
1200m 42分23秒
Orange2016では、1200m付近
で自己位置推定が環境情報
と一致せず、リタイアとなって
しまった。環境地図作成の際
に供給電力が低下したことで
センサが誤動作したことが原
因であると考えられる。
Orange mini 2016
490m 21分30秒
Orange mini2016では、準備
不足のため環境地図がさく
ら大橋直後までしかとること
ができなかったが、マップが
とれたところまでは完走する
ことができた。
今後の改善点
・環境地図作成の際の車体速度を速くする。
・スケジュール管理。
・人物探索への対応。
・信号認識。
・マルチマップの対応。
マップ作成はROSで公開されているslam_gmappingを用いて行った。
slam_gmappingでは、オドメトリと二次元のスキャンデータからマップを作成
できる。オドメトリの誤差はジャイロセンサによって補正し、二次元のスキャン
データは3D LIDARから取得した三次元データを二次元データに変換してマッ
プ作成に用いた。
Orange2016
Orange mini2016
自己位置推定にはamcl、障害物回避や経路計画にはmove_baseと呼ばれ
るROSのパッケージを利用した。amclでは、予め作成したマップと、ジャイロ
によって補正されたオドメトリデータ、3D LIDARの三次元データから作成され
た二次元データを用いることで自己位置推定を行った。また、move_baseで
は推定した自己位置と2D LIDARから取得した二次元データを用いて、障害
物回避や経路計画を行った。
環境地図修正ツール
環境地図の適切なWaypointの設定は、自律走行の成否に大きな影響を及ぼす。
(1) 環境地図作成時に置いたwaypointを任意の位置に増やしたい、移動させたい
(2) 環境地図作成の際誤って障害物として認識してしまった場所や細かなノイズ
の削除したい。
→このような目的のために、今回は以下の２つのツールを併用した。
①waypoints_editor (主にwaypointの追加) 終わりに
Orange2016
Orangemini2016
2D LIDARで自己位置推定、障害物回避をともに使っている点がOrange2016
との主な変更点である。
Orange miniは、3D LIDARではなく2D LIDARを用いて環境地図作成を
行った。そのため、3D データを平面変換するパッケージを省いている。