ReAMoプロジェクト

シンポジウム

研究開発項⽬①（１）課題名 ︓制約環境下におけるドローンの性能評価法の研究開発
実施担当︓名古屋⼯業⼤学 コンソーシアム

分担課題名︓①狭隘空間におけるドローンの⾶⾏性能評価⼿法の開発①-1ドローンの⾶⾏制御性能に関する試験⽅法の開発
実施担当
発表者

︓⽇本原⼦⼒研究開発機構
︓川端 邦明2024年5⽉10⽇
1⽇本原⼦⼒研究開発機構（Japan Atomic Energy Agency︓JAEA)
l 原⼦⼒に関する研究と技術開発を⾏う国⽴研究開発法⼈
l 福島廃炉安全⼯学研究所– 福島の環境回復と東京電⼒ホールディングス福島第⼀原⼦⼒発電所の廃炉に関する研究開発と現場実装– 遠隔操作関連技術の研究開発・⽀援を⾏っている拠点• 廃炉環境国際共同研究センター（CLADS, 2015~)• 楢葉遠隔技術開発センター（NARREC, 2015~）
1号機原⼦炉格納容器内部気中部調査の実施状況（1⽇⽬）︓福島⺠友
https://www.youtube.com/watch?v=gOcgS9n7xQ0&t=2s2

研究開発の背景，⽬的l 物流/インフラ点検等でドローン活⽤による省エネルギー化実現に期待– 成⻑戦略フォローアップ(2021年6⽉18⽇)• ドローンの有⼈地帯での⽬視外⾶⾏を可能とする制度の実現– 空の産業⾰命に向けたロードマップ(2022年8⽉3⽇)• 機体多様化/⾃律化への対応のため需要に応じた多様な機体の基準整備“技術の研究開発” と “性能評価の標準化”
技術分野の活性化・関連産業の強化・推進のための両輪
l インフラ点検・災害対応などでのドローンの利⽤への期待– 現場運⽤や⾼度⾃律化等、将来の技術発展を⾒据えた⽬的設定– 障害物が多い屋内環境のような複雑な状況下での性能評価⼿法が必要「制約環境下におけるドローンの性能評価法の研究開発」– “制約”︓狭隘（せまい，閉鎖），GPS信号が⼊らない，センサが働きにくい

研究開発のスタンス
l 本研究で扱う性能評価法とは– 対象（ドローン）が備えておくべき要素的・基盤的な性能について評価、⽐較を⾏うための標準的な⽅法（枠組み）
What isPerform. 1Drone A

Performance
test
1
Performancetest
2
Performance
test
3
Performance
test
4Performance
test 5your favorite?

B
Perform. 5

Perform. 2

性能3,5に注⽬

User 1A
Drone B

試験によって対象性能を量化して抽出する

Perform. 4

試験による要素的な性能の定量化
機体の総合的な性能の可視化

l 本プロジェクト推進による成果⽬標

Perform. 3

多機能性に注⽬

User 2
ユーザーが望む機体を総合的かつ相対的に⾒出すための参照情報の⽣成，提⽰

ユーザが総合的かつ相対的に望む機体を⾒出すため情報⽣成– アウトプット︓客観的な性能評価試験の実施が可能となる⼿順書– アウトカム ︓客観的性能⽐較によるメーカー・ユーザ間の議論・開発促進(意思疎通促進による効果的な技術開発，ドローンサービスの質向上)担当している研究課題「項⽬①狭隘空間におけるドローンの⾶⾏性能評価⼿法の開発」（⽇本原⼦⼒研究開発機構，新潟⼯科⼤学，近畿⼤学）

l ⽬的 災害発⽣後の建物，地下等の空間における調査・情報収集の⽀援のために必要な狭隘空間におけるドローンの⾶⾏性能を定量化し，相対的評価を⾏う⼿法の開発

l 実施内容・担当

狭隘空間でのドローン⾶⾏性能＝「ドローン⾃⾝の⾶⾏運動能⼒」「対象空間の狭隘さによる拘束条件」「作業に特有な運動拘束条件」が関連した結果

狭隘空間におけるドローンの飛行性能評価手法
検査能力定量評価法

空間定量評価法
項目①-2

項目①-3

項目①-1

項⽬①-1 ドローンの⾶⾏制御性能に関する試験⽅法の開発（JAEA)

飛行制御性能試験

項⽬①-2 ⾶⾏空間難易度の定量化によるドローンの⾶⾏性能評価⼿法の開発（新⼯⼤）
項⽬①-3 ドローンの検査能⼒に関する評価⼿法の開発（近畿⼤）l 研究開発の⽅針– アジャイル開発アプローチ• 厳密な仕様設計を行わずに大凡の仕様や要求を取りまとめて開発を進める手法• 意見交換会にてプロトタイプを提示して体験，議論を通じて改良• 試験供試体，試験実施プロシージャ，試験記録票 のそれぞれを開発

試験方法– （最終的に）性能試験⽅法と評価法を統合した⼿順書としてまとめる

試験供試体
実施プロシージャ
試験記録票
試験⽅法の構成要素

対象としているドローンの⾶⾏制御性能l ドローンの⾶⾏制御– ⾶⾏⾃由度︓６（並進3，回転3）• 基本動作である並進⽅向制御の組み合わせに注⽬• 衝突・不安定を回避

⽔平⽅向l これまでに選びだした⾶⾏制御– 奥⾏き⽅向⾶⾏時の⽔平⽅向へ⾶⾏制御– 奥⾏き⽅向⾶⾏時の鉛直⽅向へ⾶⾏制御– 鉛直⽅向開⼝部通過のための⾶⾏制御– 壁・天井周辺での安定⾶⾏制御奥⾏き＋⽔平⾶⾏制御奥⾏き＋鉛直⾶⾏制御鉛直⽅向空間⾶⾏鉛直⽅向– 狭隘空間での⾶⾏に必要となる動作，制御⽅向
奥⾏き

世界座標系での任意の点（上図の交差点）を起点とした運動⽅向の表現・定義

壁・天井近接⾶⾏

開発中の試験法プロトタイプについて紹介

奥⾏き⽅向⾶⾏時の⽔平⽅向制御性能試験（NEDO DRESSプロジェクトから継続）

l 対象:

⽬標地点に移動する際にあらわれる障害物を⽔平⽅向に回避する⾶⾏制御性能
l 評価値︓ 往復⾶⾏（複数回）を⾏った際の⾶⾏時間

⽔ 平⽅ 向⽅向

試験記録票

試験供試体設定例

基本構造

奥⾏き

⾮GPS⾶⾏の性能評価／⽔平⽅向の制御性能
機種:□：⾃ 律 ⾶ ⾏□：⼿ 動 操 作

通信有・通信無

⽬視内・⽬視外NM

試験実施者:

L

試験監督:

折返し地点

試験場所:

スタート地点

試験⽇時:

年

時刻:
障害物エリア

L

⽉時

⽇
分

M
L

スケール

照明

※ 各項⽬については上記の図を参照

L:

m

M:m

N :

※ 該当するものを〇で囲み、照度を計測した場合は記録するm

照明有／減光／暗所 (照度:lux)

記録
試⾏回数

成否
※ 5分内に往復できた〇、できなかった×

タイム (mm:ss)

備考

12

M

34
5
試験⼿順(試験監督向け)
1.

N
L, M, N は任意に設定してよい⻑さ（試験条件パラメータとなる）
壁あり/なしを選択して設定

試験実施の例
L=1m, M=1m, N=0.5m
x 2units

2.
3.
4.
5.

試験実施者から試験の準備完了の宣⾔を受けるとともに機体がスタート地点またはスタート地点鉛直上で待機していることを確認する
試験開始の宣⾔し、試験開始を試験実施者に通知すると同時にタイムの計測を開始する
機体が障害物エリア内を通過し、折返し地点または折返し地点鉛直上に到達 ※ 1したことを確認する
機体が障害物エリア内を通過し、スタート地点またはスタート地点鉛直上に到達 ※ 1したことを確認する、同時にタイムの計測を終了する成否およびタイムを記録する ※2※1 機体の全体が障害物エリアから各地点へ出たことをもって到達とする※2 往復を達成できなかった場合は成否を×とし、その状況や達成できなかった原因などを備考に記録する

結果
達成回数：

L=1m,M=2m,N=1m)
x 3 units （壁あり）

L=2m, M=1m, N=0.5m)
x 2 units（壁あり暗所）

回

最速タイム：

試験実施条件と結果を記載（⽇時，実施者，監督者，供試体⼨法，往復回数，⾶⾏時間 etc）

⽔平奥⾏き⽅向⾶⾏時の鉛直⽅向制御性能試験
鉛直⽅向（NEDO DRESSプロジェクトから継続）

l 対象:

⽬標地点に移動する際にあらわれる障害物を鉛直⽅向に回避する⾶⾏制御性能
l 評価値︓ 往復⾶⾏（複数回）を⾏った際の⾶⾏時間基本構造試験供試体設定例

⽅向

試験記録票
⾮GPS⾶⾏の性能評価／垂直⽅向の制御性能
L

機種:
M

□：⾃ 律 ⾶ ⾏□：⼿ 動 操 作

通信有・通信無L
M

奥⾏きN

試験監督:

L
障害物エリア

試験場所:

M

試験⽇時:
折返し地点

M:

m

⽉時

⽇分

照明

※ 各項⽬については上記の図を参照

m

年

時刻:

スタート地点

スケール
L:

⽬視内・⽬視外試験実施者:N :※ 該当するものを〇で囲み、照度を計測した場合は記録するm

照明有／減光／暗所 (照度:lux)

記録
試⾏回数

成否
※ 5分内に往復できた〇、できなかった×

タイム (mm:ss)

備考

12
3
4
5N
L, M, Nは任意に設定してよい⻑さ（試験条件パラメータとなる）
壁あり/なしを選択して設定

試験実施の例
L=1m, M=1m, N=0.5m
x 2units

試験⼿順(試験監督向け)
1.
2.
3.
4.
5.

試験実施者から試験の準備完了の宣⾔を受けるとともに機体がスタート地点またはスタート地点鉛直上で待機していることを確認する
試験開始の宣⾔し、試験開始を試験実施者に通知すると同時にタイムの計測を開始する
機体が障害物エリア内を通過し、折返し地点または折返し地点鉛直上に到達 ※ 1したことを確認する
機体が障害物エリア内を通過し、スタート地点またはスタート地点鉛直上に到達 ※ 1したことを確認する、同時にタイムの計測を終了する成否およびタイムを記録する ※2※1 機体の全体が障害物エリアから各地点へ出たことをもって到達とする※2 往復を達成できなかった場合は成否を×とし、その状況や達成できなかった原因などを備考に記録する

結果
達成回数：

L=1m, M=1m, N=0.5m
x 2 units （壁あり．明所/暗所）

回

最速タイム：

L=0.5m, M=0.5m, 試験実施条件と結果を記載（⽇時，実施者，監督者，供試体⼨法，N=1m)
往復回数，⾶⾏時間 etc）
x 2 units（壁なし）

⽔平鉛直⽅向

鉛直⽅向開⼝部通過のための⾶⾏制御性能試験
l 対象:

鉛直⽅向の空間へアプローチし，通過する
⾶⾏制御性能l 評価値︓ 周回⾶⾏（複数回）を⾏った際の⾶⾏時間基本構造試験供試体設定例

⽔平⽅向

奥⾏き⽅向

試験記録票

L M
本年度に開発実施

N

L, M, N は任意に設定してよい⻑さ（試験条件パラメータとなる）

試験実施の例
L=0.8m, M=0.8m, N=2.0m

試験実施条件と結果を記載

L=0.6m, M=0.6m, N=2.0m（⽇時，実施者，監督者，供試体⼨法，周回数，⾶⾏時間 etc）

⽔平l 対象:

壁や天井等に囲まれて空気の流れに制限がある環境
⽔平⽅向における⾶⾏制御性能
l 評価値︓ 周回⾶⾏（複数回）を⾏った際のマーカ視認成功数，⾶⾏時間基本構造N

試験供試体設定例

M L

試験実施の例
L=1.0m, M=1.0m
N=2.0m, P=1.0m

奥⾏き

試験記録票

本年度に開発実施

P

L, M, N, P は任意に設定してよい⻑さ（試験条件パラメータとなる）

鉛直⽅向

壁・天井周辺での安定⾶⾏制御性能試験

試験実施条件と結果を記載

L=1.0m, M=1.0m, N=2.0m, P=1.0m（⽇時，実施者，監督者，供試体⼨法，周回数，⾶⾏時間 etc）

⽅向

⽔平項⽬①-2, 項⽬①-3の成果
l ドローンの検査能⼒に関する評価⼿法の開発（近畿⼤）l ⾶⾏空間難易度の定量化によるドローンの⾶⾏性能評価⼿法の開発（新⼯⼤）– ⽬視点検⽤試験供試体（クラック，サビ）を開発しドローンによって視認性能に差が出ることを実験により確認– 空間構造の形状・⼨法から⾶⾏タスクの難易度を定量化する⼿法の研究開発実施
フレーム

壁天井

B-B
x

A

A

2L
A-A

B

yS

L

Bz2L
G

L

難易度の重み︓w= Ws × Wcj

Sx

0.2m

G

クラック試験供試体の例･･･

3者の密な連携により狭隘空間における⾶⾏性能評価試験開発継続

成果や取り組みについての情報発信，議論の機会
l 意⾒交換会の開催（⼀般公開，2回/年)– メーカ，ユーザを含む参加者に体験してもらい，開発状況を周知するとともに妥当な試験法開発に参考となる意⾒収集を⾏い，次回までに反映．
– 次回 2024年9⽉中旬@新潟⼯科⼤を計画

l 学会活動

計測⾃動制御学会システムインテグレーション部⾨
講演会において性能評価セッションを企画（毎年）,⽇本ロボット学会 ロボット性能評価⼯学研究専⾨委員会へコンソメンバー複数参加

意⾒交換会＠新潟⼯科⼤学（2023/09/20,21)

意⾒交換会
＠JAEA楢葉遠隔技術開発センター（2024/02/29)

l 展⽰会への出展・講習会

ロボット・航空宇宙フェスタふくしま2022,2023
東京国際消防防災展2023, Japan Drone2023
国際ドローン展2023 他

計測⾃動制御学会 SI2022 2件,
SI2023 1件 優秀講演賞受賞

l 技術競技会への技術提供・協⼒

ロボカップ・ジャパン・オープン
World Robot Summit 2025 過酷環境チャレンジ

東京国際消防防災展2023（2023/06/15,18)

多⽅⾯からの意⾒の聴取・反映により妥当な試験法として確⽴へ

おわりに
l 制約環境下におけるドローンの性能評価法の研究開発（名古屋⼯業⼤学コンソーシアム）①狭隘空間におけるドローンの⾶⾏性能評価⼿法の開発①-1ドローンの⾶⾏制御性能に関する試験⽅法の開発（⽇本原⼦⼒研究開発機構）– 研究開発スタンス– ⾶⾏制御性能試験⽅法の研究開発状況

l 今後の計画– 意⾒交換会，展⽰会，学術講演会，競技会等での周知，議論，意⾒収集に基づいた試験法（試験供試体，実施プロシージャ，試験記録票）のブラッシュアップ– 開発試験法の⼿順書ドラフト版を作製して公表（本年度予定）– ①-2, ①-3との連携により，最終年度までに狭隘空間におけるドローン⾶⾏性能評価法の確⽴

ご清聴ありがとうございました