第７回 会津大学ロボットシンポジウム
ロボットナビゲーションにおけるレイヤ型地図システムの研究開発のご報告

2022年6月28日（火）株式会社日本アドシス
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アジェンダ
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研究開発の目的と概要

P.3

2

実施項目

P.4-5

3

検証結果

P.6-15

4

まとめ

P.16

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1. 研究開発の目的と概要
2021年度の活動目的と概要
屋内外をシームレスにつなぐ自律走行ロボットの研究開発を行うため、ロボットの自律移動の精度を向上や効率的な経路計画、シミュレーションの精度向上を図る、地図システム及びRDRとの連携機能の研究開発と実装を行う。

・・・ロボットn
ロボット2 2021年度開発
ロボット1
自己位置推定機能
レイヤ型
地図機能

センサ
局所経路探索機能
台車制御

外部
通信マ
ネージャ（RDR）

地図・現在位置等

外部
通信マ
ネージャ

RDR

ロボットデータの蓄積

マルチ監視カメラシステム

最新の環境地図

地図マネージャ地図

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2. 実施項目
研究開発項目
1，観測障害物の種類に応じたレイヤ型の地図システムの構築【～2020年度】
階層型の地図モデルとして自己位置推定用地図(エゴ地図)、局所経路探索用地図(ソシオ地図)と分類【2021年度】
エゴ地図・ソシオ地図を障害物の種類別に分解したレイヤ型の地図システムを構築◎静的レイヤ: 壁や柱など不動な障害物のみを扱う
地図作成後、更新は不要◎準静的レイヤ : 机や椅子など移動する可能性がある障害物を扱う
地図作成後、更新が必要◎動的レイヤ : 歩く人やカート等動いている障害物を扱う
地図作成後、更新が必要◎進入禁止区域レイヤ : センサにて観測不可能な障害物や、独自に指定された進入禁止区域を扱う
地図作成後、更新が必要⇒ これらレイヤ地図を自己位置推定用地図(エゴ地図)、局所経路探索用地図(ソシオ地図)に統合し運用
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地図システム(～2020年度)

地図システム(2021年度)

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2. 実施項目
研究開発項目2，外部機能とのデータ連携【～2020年度】
ロボットの運行を管理を行う上位系とのみ連携
通信プロトコルはAMQPを使用【2021年度】
複数台の移動ロボットやセンサ等の情報を保存することや、最新の情報を取得するため、RDRともデータ連携
上位系・RDRともに通信する内容を頻度やデータ量等の観点から整理
通信プロトコルにはHTTPとMQTTを利用◎HTTPを利用する情報ロボットの情報、環境地図情報等◎MQTTを利用する情報ロボットの位置情報、更新通知情報、移動指示等

外部システム通信構成(～2020年度)⇒整理作業を主として実施、原理確認として一部のみ通信確認を実施
外部システム通信構成(2021年度)
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3. 検証結果①観測障害物による地図更新機能の確認
障害物をロボットの周りに配置し、5回旋回させた

結果の予想【2020年度迄】静的な地図上の障害物情報は更新不可⇒地図上の障害物情報と観測した障害物情報が一致せず、推定した自己位置が狂う①ロボットの周りに障害物を配置【2021年度】
静止中に観測した障害物にて地図を更新可能⇒地図上の障害物情報と観測障害物情報が一致するため、実際の位置と相違無く自己位置を推定可能②ロボットをその場で5回旋回させた

障害物配置例

2020SWでは観測した障害物情報が地図と一致せず、旋回中に自己位置推定が破綻
2021SWでは静止中に観測した障害物を地図上に反映可能なため、旋回中に自己位置推定は破綻しない
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3. 検証結果～2倍速～①観測障害物による地図更新機能の確認

https://youtu.be/2XtF00-5Z3I

https://youtu.be/y7l4sdisrqAhttps://youtu.be/DQrWEFxmxz8

https://youtu.be/iFqdUHRIdi8

2020年度SW
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2021年度SWJapan Advanced System CO. LTD.

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3. 検証結果②障害物の削除検知・地図反映機能の確認:存在しない障害物:存在する障害物:2020年度:2021年度【2020年度迄】静的な地図上の障害物情報は更新不可⇒実環境上には障害物は存在しないが、地図上は存在するため迂回する経路を計画

準静的レイヤ地図と走行予想
経路

実際の走行コース【2021年度】
地図上の障害物が存在しなくなった場合、地図上から障害物を削除更新⇒実環境上に存在しない障害物は地図上からも削除し、最適な経路を計画

2020SWでは障害物の削除機能が無く、遠回りの経路を走行
2021SWでは観測できない障害物を削除し、ショートカットする経路を走行
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3. 検証結果～2倍速～②障害物の削除検知・地図反映機能の確認

https://youtu.be/ZKB0X9NvLLc

https://youtu.be/_1IA1OFNMAI

https://youtu.be/-tJLOmstHBI

https://youtu.be/qDgFVCbnjOg

2020年度SW
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2021年度SWJapan Advanced System CO. LTD.

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3. 検証結果③観測外障害物の反映機能の確認【2020年度迄】観測外の障害物情報は地図上に反映不可⇒最適ではない経路を計画
実際の走行コース

更新前の経路計画用地図【2021年度】
観測外であっても外部システムから更新情報を貰えば反映可能⇒最新の障害物情報が反映され、最適な経路を計画

更新後の経路計画用地図

2020SWでは観測外障害物の地図への反映手段が無く、最適では無い経路を計画
2021SWでは外部地図を通して観測外であっても更新可能なため、更新後最適な経路を計画
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3. 検証結果③観測外障害物の反映機能の確認

2020年度SW

2021年度SW

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3. 検証結果④RDRとの通信機能の確認【2020年度迄】RDRとの連携機能が無いため、データを手動で受け渡し【2021年度】
HTTP及びMQTTを介し、ロボットのステータス及び自己位置の送信や地図の更新通知の受信可能に⇒自動的にデータの蓄積と取得更新通知の受信ロボットステータスの送信

2020SWではRDRとの通信IFを持っておらず、手動でのデータ受け渡しが必要
2021SWではHTTPやMQTTを介しデータを送受信可能
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3. 検証結果④RDRとの通信機能の確認

https://youtu.be/6lT-u5jprB8
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3. 検証結果⑤上位系との通信機能の確認
MQTTにて移動指示を受け取り、指示コマンドに従いナビゲーションを行う【2020年度迄】AMQPを使用し、移動指示やステータス情報等のデータを送受信【2021年度】
MQTTを使用し、移動指示の受信やロボットの現在位置等のステータスを送信
移動指示の受信⇒2020年度と同様に移動指示を受け取り、ナビゲーションを行う

2021SWでは2020SWと同様にナビゲーションが可能
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3. 検証結果⑤上位系との通信機能の確認

https://youtu.be/JFZwZKLaXroAll Rights Reserved Copyright©2022,

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4. まとめ
本年度の研究により、エゴ地図ソシオ地図を障害物の種類に分解することで、更新範囲を明確化出来、実空間上に存在せず地図上に有る障害物は削除、地図上に存在しない障害物は追加するということが可能となった
社会実装における「手動での地図更新による保守が必要」や「環境の変化に弱い」といった課題に対し一定の結果を得ることが出来た①自己位置推定機能の改善③進入禁止領域の更新方法の検討

自己位置推定機能の実装方法が、動作中の地図の更新を考慮した実装になっていない→初期化処理の完了までに移動した部分（ロボットの位置や角度といった情報）が抜けてしまい、自己位置の破綻を起こす②LiDARの観測点誤差の影響

マルチ監視カメラシステム上で検出したロボットの観測外の障害物（テーブルの天板等）の移動や空間の混雑状況、ユーザー側で設定した時間単位での進入禁止領域をロボット内部で持つ進入禁止レイヤ地図にも反映する必要がある④障害物の種類によるより効率的な回避動作の検討

ロボットが静止状態から移動を開始時や走行中の旋回動作時に地図上の位置と実際の位置がズレ易く、準静的障害物が動的障害物として見えてしまい、準静的障害物レイヤから障害物情報が削除されてしまう

移動物体・静止物体区分けなく一様に回避動作をとるが、ロボットの付近や進行方向上の移動物体の回避が間に合わないことがある．障害物の種類の区分けが可能となったため、観測された移動体に対する効率的な回避方法の検討を行う<ロボット内部のコストマップ上の表現>
大域的な反映直後

旋回動作時

動的障害物の動きをコストマップ想定してコストを反映

静的障害物：コストが高い区域：コストが低い区域：動的障害物コスト

Robot

動的障害物

S

G

：静的障害物コスト

ロボットは衝突を避ける為一旦停止

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株式会社日本アドシス
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ご清聴ありがとうございました。

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