情報処理学会 インタラクション 2024
IPSJ Interaction 2024

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corobos plus: 卓上・壁面・天井の間を移行する群ロボット
森村 太一1,a)

韓 燦教2,b)

苗村 健2,c)

概要：
筆者らは以前，卓上と壁面の間を移行する corobos を開発し，群ロボットの移行可能な範囲を広げることに成功した．本稿では，corobos をさらに改良することで卓上・壁面・天井の間の移行を実現した”corobosplus”を提案する．パラメータの異なるアタッチメントの設計を行い，パラメータごとの移行率の評価を通して，安定した移行が可能なアタッチメントの形状を提案した．また，人が任意の面に配置した corobos

plus が卓上・壁面・天井を周回するデモを作製した．

1. はじめに群ロボットとは，単純な機能を搭載した小型ロボットが複数台で協力することにより，様々なアプリケーションを実現するものである．なかでも，TUIs (Tangible UserInterfaces) として群ロボットを用いる Swarm UI に注目が集まっており，群ロボットのさまざまな活用が研究されている．主な利用は水平面，特に卓上 [1], [2], [3] であるものの，壁面 [4] や天井 [5], [6] においても多様な活用の方法が提案されてきた．そのため，群ロボットの移行能力を高めることは，インタラクション可能な空間のさらなる拡大につながると考えられるが，異なる面の間を移行する Swarm

UI は存在しなかった．
これに対し筆者らは以前，卓上と壁面の間の移行ができる群ロボット”corobos” [7], [8], [9] を開発した．corobos

図 1: 卓上・壁面・天井の間を移行する群ロボット:

corobos plus

は，3D プリンタで造形された一種類のアタッチメントを各ロボットに装着するだけで，卓上と壁面の間を移行でき2. 関連研究るようになるという特長があったが，壁面と天井の間の移行は未達成であった．そこで本稿では，corobos の特長を引き継いだまま移行範囲を天井まで拡張した，”corobosplus”（図 1）を提案する．corobos plus は卓上・壁面・天井の間を移行できるため，群ロボットが空間内でより広く動き回ることができるようになると考えられる．
なお本稿では，異なる面の間の移動を，同一平面内の移動と区別して「移行」と呼ぶこととする．

2.1 卓上や壁面，天井における群ロボットの活用
これまで群ロボットのさまざまな活用の可能性が検討されてきており，その活用は卓上だけでなく，壁面や天井でも行われている．
卓上で使用される HERMITS [3] では，小型ロボットを改造し，さらに mechanical shell と呼ばれる着脱可能な外部パーツを取り付けた．これにより個々のロボットの能力を拡張するとともに，共同作業を行わせることで群ロボットとしての応用可能性も示した．

12a)
b)
c)

東京大学大学院 学際情報学府
東京大学大学院 情報学環
morimura@nae-lab.org
hanc@nae-lab.org
naemura@nae-lab.org© 2024 Information Processing Society of Japan

壁面における群ロボットには，UbiSwarm [4] があげられる．UbiSwarm では，小型ロボットの底面に磁石を取り付け，ホワイトボードに吸着させて群ロボットを活用している．この研究では，ロボットがユビキタス化し，人や環227

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境とインタラクションすることを目指しており，ロボットの移動能力が高まることの重要性を指摘している．iRobot
社の Root™ [10] も，群ロボットではないが，底面に内蔵された磁石でホワイトボードに吸着する自走型ロボットであり，ホワイトボードに文字を書いたり消したりといったインタラクションが可能である．
また，天井における群ロボットの活用として ThrowIO [5]や AeroRigUI [6] がある．ThrowIO は，強磁性体の天井面と群ロボットを活用することによって，人とコンピュータの間の投げる・捕るのインタラクションを実現させたものである．また AeroRigUI では，天井の群ロボットと物体を糸で結びつけて，物体の位置や向きを自由に制御可能にすることで，3 次元空間における情報提示やインタラクションが行われた．

(a) 卓上から壁面への移行

なお以上のような研究をふまえ，壁面や天井への吸着方法は，ロボット本体に永久磁石を取り付けた上で，強磁性体の卓上・壁面・天井に吸着するものであると考える．

2.2 面と面の間を移行するロボット
Nguyen らは強磁性体の建造物の検査を目的として，面と面の間を移行できる，2 本の大きな脚を持つロボット [11]や，自動車型のロボット [12] を開発した．しかしながらこのような機構は，ロボットが複雑かつ巨大化するため屋内(b) 壁面から卓上への移行の小型ロボットには適さない．また，FreeBOT [13] は単体で面間の移行が可能な球状のロボットであるが，その形

図 2: corobos の移行メカニズム [8]状がゆえに，ものを 1 方向へ押す・引っ張るといった人やものとのインタラクションに適しているとはいえない．

3. corobos plus: 卓上・壁面・天井の間を移行する群ロボット
3.1 以前の設計
筆者らは以前，群ロボット corobos において卓上と壁面天井の間の移行能力を確認したところ，無理に壁面から天井を移行させようとすると，移行できずに落下した．また天井から壁面を移行させようとしても，移行自体はできるが，大幅に落下しながら壁面に吸着するという様子であった．そこで本提案では，corobos のアタッチメントをさらに改良することで，ロボットの移行可能な範囲を天井までの間の移行を実現した．corobos では，群ロボットとして拡張することを目指す．具体的には，以下の 4 点を設計のよく用いられている toio™ [14] が 1 台のみでは面と面の間方針とした．の移行が難しいという問題を，移行するロボットをもう一( 1 ) 壁面から天井へのスムーズな移行を実現すること台の移行させるロボットで後ろから押すことによって解決( 2 ) 天井から壁面への移行の際の落下幅が小さいことした．具体的には，アタッチメントと呼ばれる 3D プリン( 3 ) 卓上と壁面の間の移行を損なわないこと

タで造形された外部パーツを各ロボットに装着し，図 2 の( 4 ) システムの柔軟性を保つために，アタッチメントの種ような手順で移行を行っていた．この corobos では，1 種類は 1 種類のまま増やさないこと

類の共通のアタッチメントをロボットに装着するだけでこれにより，ロボットが部屋のどの面にも移行できるよう移行ができるようになるため，どのロボットも移行するロになり，インタラクション可能な空間が大きく拡大するこボットにも移行させるロボットにもなることができ，シスとが見込まれる．

テムの柔軟性が高いという特長があった．

3.3 移行メカニズム
3.2 今回の設計方針
本提案では，卓上・壁面・天井の間を移行する群ロボットの実現を目標とする．以前の corobos は，卓上と壁面の間の移行のみを目指したものであった．corobos の壁面と© 2024 Information Processing Society of Japan

本節では，主に壁面と天井の間の移行のメカニズムについて説明する．卓上と壁面の間の移行については，corobosのメカニズムを引き継いでいる．
本提案では，アタッチメントを図 3 のように改良し，各228

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1A-112024/2/28(a) 従来のアタッチメント: 他のロボットの後方下部を押すためのpush とロボット自身が 90 度回転するための slope からなる(b) corobos plus のアタッチメント: 壁面と天井の間の移行で他の

図 4: 壁面から天井への移行方法

ロボットを支える bridge を追加する

図 3: 群ロボットに装着するアタッチメントロボットに装着する．アタッチメントには push と slopeに加えて bridge というパーツを追加する．それぞれ，図 3で示す部分に対応している．bridge は，壁面から天井への移行と天井から壁面への移行を同時に達成する最小限の構造として考えられたパーツである．壁面から天井への移行の際は，移行するロボットが落下しないように移行させるロボットが支える役割がある．また天井から壁面への移行の際は，移行するロボットが落下しないように，ロボットを下から一時的に支えつつ，そのまま壁面に押し付ける役割がある．push と slope については corobos と同様であ
図 5: 天井から壁面への移行方法

り，push は移行するロボットを後方下部から押すためのパーツ，slope は押された際に自身を 90 度回転させるためのパーツである．
壁面から天井への移行では，図 4 のように移行を行う．
以下の説明では移行させるロボット（青）を A，移行するロボット（赤）を B と呼ぶ．

( 1 ) 卓上の A，B が 1 直線に並ぶ．
( 2 ) A が B を押す事により，B が壁面に押し付けられ回転する．

( 3 ) 壁面への吸着力を失った B を A が支える．
( 4 ) A が B を天井へ押し付け，B が磁石の力で天井に吸着する．移行が完了し，B は天井で走行する．
また，天井から壁面への移行を図 5 に示す．移行の手順

する．

( 3 ) 天井への吸着力を失い，落下しつつ回転する B を A が支える．

( 4 ) A が B を壁面へ押し付け，B は磁石の力で壁面に吸着する．移行が完了し，B は壁面で走行する．

4. 実装
4.1 使用するロボット
本研究では，ロボットとして toio を使用した．toio は，toio マットと呼ばれる特殊な紙面上に置くことで，マットに印刷された微細なパターンを読み取り自身の位置を制御は以下のようである．

することができるロボットトイである．toio は BLE 通信( 1 ) 天井の A，B が 1 直線に並ぶ．

で PC と接続されており，Unity を用いて制御を行った．

( 2 ) A が B を押す事により，B が壁面に押し付けられ回転© 2024 Information Processing Society of Japan

また，小型ロボットの壁面や天井への吸着には磁石を229

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図 6: 作製したアタッチメントの外観とパラメータ: (a) 斜めから見た図 (b) 正面から見た図 (c) 上から見た図 (d) 横から見た図

図 8: 移行に使用した卓上・壁面・天井

一方で，天井から壁面へ移行する際は，ロボット B を一(a) 壁面から天井への移行時の (b) 天井から壁面への移行時の失敗例

失敗例

図 7: 移行の失敗例

時的に支えつつ壁面に押し付けることで，ロボット B の落下幅を小さくする役割がある．この際，wbridge が大きすぎると，ロボット A がロボット B を壁面に押し付けるよりも先に，ロボット B が回転しつつ落下してしまうため，利用することが多い．本研究でも，ホワイトボードに吸落下幅が大きくなる（図 7b）．そのため，この観点からは着するために，toio の底面に薄型ネオジム磁石（丸型直径

wbridge は小さい方が良いと考えられる．

12 mm，厚さ 1.3 mm，表面磁束密度 200 mT）を貼り付け

そこで，どちらの移行にも適した妥当な wbridge の値をた．試行の結果，貼り付け方によって吸着力に大きな差が検討するために，wbridge の異なる複数のアタッチメントを生じることがわかった．吸着力は強い方が移行率が高いこ

実際に設計し，壁面から天井への移行率・移行時間と，天ともわかったため，磁石の位置が地面につかない範囲で出井から壁面へ移行する際の落下幅について比較実験を行っ

来るだけ低くなるように，厚さ 0.62 mm の厚い両面テーた．実験は，wbridge = 21, 22, 23, 24 mm と bridge なしのプを用いた．またタイヤのグリップを強めるため，toio の従来の corobos の 5 つのアタッチメントに対して行った．

2 輪のタイヤの中心に近い位置に磁石を貼り付けた．

なお，いずれの条件においても卓上と壁面の間の移行は十分スムーズであった．

4.2 アタッチメントの実装

4.2.1 実験環境移行を実現させるため，toio2 台に図 6 のようなアタッ本研究は，図 8 のような環境で行った．卓上，壁面，天チメントを設計，3D プリンタで印刷し，取り付けた．push

井は全てホワイトボードに toio マットを貼り付けたものでと slope については corobos と全く同様のパラメータを採構成されている．ホワイトボードは，表面がスチール製の用しており，図 6 のようなパラメータとなっている．

ものを使用しており，磁石が吸着する．

そこで本稿では，wbridge のパラメータの決定について考える．
この bridge は，壁面から天井へ移行する際は，移行さまた toio マットの表面には，マットのパターンを読み取れる範囲内で薄いラミネート加工を施した．これは，マットの表面を滑らかにすることによって移行をスムーズに行せるロボット（以下ロボット A）が移行するロボット（以うためである．

下ロボット B）を支える役割がある．この際，wbridge が4.2.2 壁面から天井への移行実験

小さすぎると，天井面に対するロボット B の傾きが大きく実験条件は以下の通りである．スクリプトは Unity で動なってしまい，天井まで押しつけても天井に吸着しにくく作させ，toio のモータ速度指定を最大としてロボット A がなる（図 7a）．そのため，wbridge は大きい方が良いと考え

ロボット B を押した．押し始めてから 5 秒以内に移行するられる．

ロボット B が 90 度回転し，天井の座標を認識すれば，移© 2024 Information Processing Society of Japan230

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表 1: 壁面から天井への移行時の移行成功率

wbridge [mm]

移行率 [%]

218622100231002499

bridge なし0

図 10: 天井から壁面への移行時の落下幅

は，天井に接地したまま移行できた場合の座標と壁面に吸着したロボット B が最初に読み取った座標の差を計算し，これを長さに換算している．マットの 1 座標が約 1.38 mmであるため，誤差は約 1.38 mm 程度見込まれる．移行の試行を 100 回行い，落下幅を 5 条件で測定した結果を図 10に示す．

wbridge = 21, 22, 23, 24 mm と bridge なしにおいて落下
図 9: 壁面から天井への移行時の移行時間幅の中央値はそれぞれ 52.44 mm, 56.58 mm, 56.58 mm,59.34 mm, 144.9 mm であり，wbridge が小さい方が落下幅行に成功したと判定し，それ以外を失敗と判定した．移行の中央値も小さい傾向にあることが確認された．

時間については，ロボット A がロボット B を押し始めてまた，bridge がない場合（従来の corobos）に比べて，から，ロボット B が天井の座標を認識するまでの時間を測

bridge がある場合は落下幅が 1/3 程度に抑えられているこ

定している．60 fps で実行しているため，誤差は約 0.017 sとがわかる．

程度見込まれる．移行の試行を 100 回行い，移行率を測定

以上の実験の結果から，壁面から天井への移行の失した結果を表 1 に示す．移行率について，bridge なしの従敗 が な く ，そ の 中 で 落 下 幅 が 小 さ く 移 行 時 間 も 短 い

来の corobos では，天井への移行は成功しなかった．また，

wbridge = 23 mm が最も適当であると考えられるため，wbridge = 21 mm の条件では，天井面に対するロボット Bこれをアタッチメントのパラメータとして採用した．の傾きが大きく，5 秒以内で天井まで押し切れないケースが散見された．
移行が成功しなかった bridge なしを除いた 4 条件について，移行時間をまとめた結果が図 9 である．

5. デモンストレーション
本章では，作製した corobos plus が卓上・壁面・天井を周回する図 11 のようなデモを紹介する．このデモでは，

wbridge = 21, 22, 23, 24 mm において，移行時間の中央値

人が任意の面上に置いたロボットが，同一面内の他のロは 1.54 s, 0.27 s, 0.26 s, 0.29 s であった．wbridge = 21 mm

ボットを押し，また押されることで移行を行う．実験の結は移行にかかる時間が長く，スムーズな移行ができている果得られたパラメータで作製されたアタッチメントを使用とは言えないことがわかる．他の 3 条件間には大きな差はしており，安定して移行ができるためスムーズにロボット見られなかったが，wbridge = 23 mm の条件が最も移行時が周回する．どのロボットも同じ役割を有しており，1 台間が短かった．

が動かなくなったとしても別のロボットが代わりとなるこ

4.2.3 天井から壁面への移行実験とができる．

実験条件は以下の通りである．スクリプトは Unity で動

本デモでは，卓上から左壁面，左壁面から天井，天井か作させ，toio のモータ速度指定を最大としてロボット A がら右壁面，右壁面から卓上の 4 つの移行が発生する．そロボット B を押した．押し始めてから 5 秒以内にロボットのため，移行が発生する 4 箇所よりも多い，5 台以上のロB が 90 度回転し，壁面の座標を認識すれば，移行に成功しボットが存在すれば，卓上・壁面・天井を周回することがたと判定し，それ以外を失敗と判定した．落下幅についてできる．

© 2024 Information Processing Society of Japan231

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図 11: 卓上・壁面・天井を周回するデモ: corobos plus は卓上と壁面の間や壁面と天井の間を移行可能であるため，卓上・壁面・天井を周回できる[7]

6. まとめ
本稿では，卓上・壁面・天井の間を移行する群ロボット[8]

corobos plus の提案を行った．1 種類のアタッチメントのみで卓上と壁面の移行ができるという corobos の特長を失[9]

わないまま，少ないパーツで壁面と天井の間の移行を実現するために，アタッチメントに bridge を追加し，その適正な位置を実験により検討した．その結果，以前の corobos
では移行できなかった壁面から天井への移行に 100%成功[10]

するとともに，天井から壁面への移行の際の落下幅も 1/3[11]程度に抑えることに成功した．そして，人が任意の面上ロボットを配置することで，corobos plus が卓上・壁面・天井を周回するデモを作成した．
今後は，本実装の課題であるアタッチメントの上部に余[12]分なスペースが少なくものが載せにくい問題を解決することや，壁面と壁面の間の移行を実現してさらなる移行能力の拡張を行うこと，さらなる corobos plus の活用方法の模[13]索を行うことを考えている．
謝辞 本研究は中山未来ファクトリーの支援および JSPS
科研費 JP21K17778 の助成を受けたものです．
[14]

参考文献
[1]

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