ロボットコンテスト競技デザインとロボット性能評価愛知工業大学奥川雅之2023年9月11日RSJ2023 OF10ロポット性能評価工学-フィールドロポット性能評価プロセスの体系化を目指して(2023) fill A l T r Aichi Institute of Technology
講演内容
□ロボットコンテスト競技デザインーWorld Robot Summitプラント災害予防チャレンジーレスキューロボットコンテスト□フィールドロボット性能評価プロセスの体系化への課題□まとめ
自己紹介
奥川雅之，愛知工業大学工学部機械学科教授専門分野レスキュー工学,ロボット工学,制御工学,短動工学特究テーマ・遠隔操縦型調査点検ロポットの研究開発（レスキュー（災害対応）、インフラ／プラント点検定・不整地移動機構の設計及び制御系設計（クローラロポット：Scott） ・調査点検ロポットを対象とした標準試験法の研究開発・スマート構造物の研究開発〔スマートワッシャ,ヘルスモニタリング〕各種委員ロポット性能評価工学研究専門委員会委員World Robot Summitインフラ・災害対応カテゴリー競技運営委員(一社)アールアンドアールコミュニティ理事,レスキューロポットコンテスト実行委員会実行委員長(2018.10～2023.9) RoboCup Rescue Robot League Technical Committee Member  (2019～2022)日本機械学会機械力学・計測制御部門「スマート構造システムの将来技術と実用化に関する研究会（A-TS10-40）」幹事日本機械学会機械力学・計測制御節門「診断とメンテナンス技術研究会（A-TS10-39)」委員所属学協会日本機械学会,日本ロボット学会,計測自動物物学会,システム制御情報学会, IEEE, ASTM Aichi Institute of Technology
競技会形式によるロボット研究開発の促進
災害対応ロボットの研究開発において困難な点■ロボットの活動空間や条件が明確に定まっていないこと■現時点では，災害現場でロボットを使う機会が頻繁にあるものではない種々の災害を想定したベンチマーク問題の数を増やす：ロボット競技会（コンペティション） ->競技形式による研究開発の促進が有効であると言われている：機会の提供解決すべき技術課題を抽象化（ペンチマーク問題）：現場での課題を抽象化し，実災害を模擬->競技シナリオの作成に相当ロボット性能評価：標準試験法->競技ルールやフィールドデザインに相当□ロボット技術の向上やシステムインテグレーション手法を確立□コンテストの参加を通じて，当該分野に興味を持つ人材が増え，裾野が広がる□災害対応ロボット技術が成熟すれば，多くの現場で活用が期待される.（社会実装） [1]産業秘争力勉強会JCOCN, 2013年度COCN報告書「災害対応ロポットセンター設立増殺」付録表４・１「初定突击とロポットの製法矩分表（建造物・土木不ンフつ以有)：余国的第生嫡政・親娘」, 2014. [2]木村哲也,ロポットコンテストによる災害対応ロポット美用化の[6]達。針刻白動制動学会システムインテグレーション効率[講演会論文集, 1783/1785, (2015) [3] A. Jacoff, et al., Using Competitions to Advance the Development of Standard Test Methods for Response Robots, Proc. of the Workshop on Performanc Metrics for Intelligent Systems, 2012, 182/189, 2012. Aichi Institute of Technology
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インフラ／プラント点検：ロボット技術の活用
災害現場／調査点検箇所：危険を伴う場所がある.人のアクセス困難箇所での点検調査作業=ロボット技術の活用
保全／調査／災害予防
(1) Safety Improvement点検作業者の安全性改善(2) Environmental Performance Improvement環境性能の改善：有毒物の漏洩や汚染の回避、爆発事故の回避(3) Cost Avoidance and Reductionコスト増大の回避と削減：洗浄作業や足場作りなど無駄な作業の削減(4) Performance Improvement性能向上：ダウンタイムの短縮、点検頻度の増加、点検品質（客観性）の向上
World Robot Summit 2020:プラント災害予防チャレンジ
2021.10@福島ロボットテストフィールド字使：経済産業省. NEDOインフラ災害対応カテゴリートンネル事故災害対応・復旧プラント災害予防災害対応標準性能評価福島ロボットテストフィールドeブラント施設Aichi Institute of Technology
プラント災害予防チャレンジの基本コンセプト
プラントの日常点検／検査と応急処置（異常発生時対応）プラントの予防保全：設備の老朽化や経年劣化，人為的なミスなどによる異常を想定想定される災害：設備の異常動作や調整ミス，構造物の老朽化による事故[環境外乱を再現]沿岸部の製鉄所や製油所のように屋外に暴露しているプラントを想定しているので、風や光の影響を再現する．また，ポイラなど水蒸気が発生している空間も模擬する. [ロボットの形態は問わない]ロボットの形態によらず,同じミッションを実施する.多様性や協調動作を推奨するため，ロボットの台数は2台までとする. Aichi Institute of Technology Aichi Institute of Technology
競技シナリオと競技ミッション
競技シナリオとは,競技ミッションを遂行するための理由〈原因,根拠〉である. □沿岸部の製油や製鉄プラントの日常点検／検査および異常発生時競技テーマとする＊海洋プラントのように点検作業者を派遣するのが困難なプラントよる点検の自動化が望まれている□運転中を想定する＊設備を停止するリスクを低減できる.プラント点検に対するロポット導入の利点[日常点検の無人自動化]危険な場所（環境）にある設備（ポンプ，タンク，ポイラ）や構造物の点検（見回り）や健全性評価診断を無人自動化できれば，事故を防ぐことができる. [異常（変状）の早期発見]人的ミスによる異常発生，設備の老朽化や経年劣化による設備の破損。それらを要因とする設偏機能不全,事故(爆発（ガス漏れ),火災(有毒ガス発生),有害物質の流出)など,定期点検領度を上げることにより未然に防ぐことができる. [災害対応]可燃性ガスの漏れが発生し、爆発および火災が発生する可能性あり、可燃性ガスが充満している雰囲気中の設傷装置付近にあるスプリンクラー（シャワー）や泡消火設備のバルプを開閉することができれば，迅速な初期消火が可能となる。（油類の配管は閉める。水は開ける） Aichi Institute of Technology
プラント点検ロボットに求められる能力
遠隔操縦／自律制御によるプラント内巡回および帰還高所・狭隘・閉所空間移動／階段昇降非破壊検査による設備／構造物健全性評価診断設備の調整点検調査結果のデジタル化／アーカイブおよび報告環境変化（煙／水蒸気，汚れ）への適応
プラント災害予防チャレンジ競技ルール概要
老朽化した製造／製油／製鉄プラントの保全／災害予防：日常点検／検査と緊急対応（異常発生時対応） ＊海洋プラントのように点検作業者を派遣するのが困難なプラントでは，自律型ロボットによる点検の自動化が望まれている設備の老朽化や経年劣化，人為的なミスなどによる異常を想定想定される災害：設備の異常動作や調整ミス，構造物の老朽化による事故点検困難箇所(狭い,高所,高温,有害ガス…)点検対象設備配管群,ポンプ,小型タンク,ポイラ,ダクト,大型タンク壁面競技ミッションP1：Inspection and Maintenance（日常点検/設備調整） P2：Fault Detection and Emergency Response（異常検知／緊急対応） P3：Diagnosis: Pipes and Duct（設備診断：パイプ群／ダクト） P4：Diagnosis: Tank (設備診断：タンク) P5：Accident Response: Search（事故対応：要救助者捜索） Aichi Institute of Technology
ロボットの基本性能と基本タスク
基本性能（プリミティブアビリティ,  PA)：プラント点検ロポットに要求される性能PA1：移動性能（移動適応／ロバスト性能）空間的動動，経路の制，路面形態などに対する移動性能PA2：作業性能先特位置決め制御性能，の点検／関連対象に対する姿勢植持性能，バルプの開閉PA3：インタラクション性（ユーザビリティ）狭隘，既所，昭所空間におけるロボットの操作性，操縦溝沼に変する時間，操縦支援性能, PA4：点検(見回り)能力(性能)目視検査及び打音検査の代替能力PA5：健全性評価診断（解析）能力全性を評任診断するために必要な計測デバイスのPA6：点検調査（解析）結果報告能力〈竹雷〉と結果のマッピング性能。点検調査結果提示能力，レポートを作成能力，分析／解析〉. PA7：環境ロバスト（適応）性能屋外環境での作業において、種々の外乱への対応は重要な基本タスク（プリミティブタスク, PT）：プリミティブアビリティの達成度を評価するためのタスクPT1動く，PT2動かす，PT3見る，PT4報告，PT5評価診断Aichi Institute of Technology
競技タスク
競技タスクは，点検調査タスクと作業タスクの2つとし，各競技タスクはPTで構成される.したがって，競技タスクに応じた性能を有したロボットを用意する必要がある．頭技タスク
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ミッションP1：Inspection/Maintenance (日常点検/設備調整)

競技ミッション：設備装置の稼働状態を見回り点検競技タスク： □指定された場所にある圧力計・水位計の数値を読み取り（自動），その数値を報告□指示された状態になるよう設備装置の調整（バルプの開閉）点検対象設備：配管群(A), ポンプ3台, 小型タンク2器Aichi Institute of Technology競技アリーナAichi Institute of Technology m A I TミッションP2：Fault Detection and Emergency Response (異常検知と緊急対応) 
競技ミッション：設備／装置の定期点検（異常の発見），事故発生後の緊急対応
競技タスク： □異常熱源の発見□異常振動を発生しているポンプの特定□タンク内酸素濃度の測定□ボイラーの圧力計の数値を読み取り(自動),その数値を報告,バルプ開閉口サイレンなどの警報音発生後:泡消火設備の起動弁を開ける点検対象設備：配管群(B), ポンプ３台, 小型タンク２器, ボイラAichi Institute of Technology
ミッションP3：Diagnosis: Pipes and Duct (設備診断：パイプ群とダクト)
競技ミッション：配管（フランジ含）群およびダクト内を対象とした健全性評価診断競技タスク： □以下の点検項目に関する評価診断結果の報告(1)フランジ部ボルトの緩みおよびサビの発見(2)配管表面のサピの発見(3)ダクト内のサビおよび異物の発見点検対象設備：配管群(C), ダクトAichi Institute of Technology
ミッションP5：Accident Response: Search (事故対応：要救助者捜索)
競技ミッション：決勝競技.全設備の点検調整,警報発報後の事故対応競技タスク：口指定された場所にある圧力計・水位計の数値を読み取り（自動），その数値を報告□指示された状態になるよう設備装置の調整（パルプの開閉）口がれきを除去しプラント内（今回はタンク内）に取り残された作業者（マネキン）を探す.点検対象設備：全設備Aichi Institute of Technology
ミッションP4：Diagnosis: Tank (設備診断：タンク)
競技ミッション：ポイラに関する日常点検と警報発報後行う初期消火対応競技タスク： □検査対象エリアの座標および以下の点検項目に関する評価診断結果の報告(1)クラックの有無：クラック幅と長さの報告(2)腐食（サピ）の有無：指定されたエリアに対するサビの面積率の報告(3)減肉の有無：超音波厚さ計を用いて減肉部の厚さを測る点検対象設備：大型タンクAichi Institute of Technology
競技タスクと標準試験法
事例：メータ目盛り読取／ハンドル操作STMで良い性能を示したロボットが実際の現場でも性能を発揮できるのか？実フィールド：空間的な制約（狭隘）や環境の影響（光，煙中）ありAichi Institute of Technology
競技デザイン
社会ニーズ調査（ヒアリング，調査：現地・文献）条件設定（背景，制約条件）シナリオ設定：社会的・産業界的な背景や事情を反映ミッション設定：解決すべき課題要求される能力・性能の抽出：ability, performanceタスク設計・選定：要求される性能を評価する試験得点設定・配分：定量化，難易度と現状／将来技術とのバランス，実現可否・可能性を留意ミッション（シナリオ）ベースのロボット性能評価試験法と類似Aichi Institute of Technology
レスキューロボットコンテスト競技ルール変更
□市街地から建物内に□より実際の現場に即した競技課題Aichi Institute of Technology
レスキューロボットコンテスト：人材育成
災害対応ロボットシステムに要求される性能
障害走破性： (凹凸路面,斜面,陥没,階段,閉所狭隘空間,落下,路面状況（砂／砂利,水））操縦性: (マンマシンインターフェース,インタラクション,情報提示,半自律制御)情報収集能力： (迅速性,正確性)作業操作能力： (ダミヤン救助，軽作業，協調性)データ処理能力：（報告，取得データの解析）耐障害性／柔軟性： (通信，故障，異常，想定外への対応) Aichi Institute of Technology
競技ミッションとタスク
搭載カメラの映像やセンサ情報のみでロボットを遠隔操縦※自律型ロボットの使用も可能建物内のダミヤン※を捜索発見後，救出し安全な場所に搬送Aichi Institute of Technology m A I T
難易度の設定
障害踏破タスク：被災エリアや到達が困難な場所をイメージした障害（Obstacle）を踏破するOBS1レベルA：平面，斜面（Continuous/Crossing），陥没OBS2レベルB：凹凸路面（Step Field），閉所狭隘空間OBS3レベルC：階段（Stairs, Pipe Step）落下（Ant Farm）調査報告タスク：被災状況の調査(写真(ダミヤン/マークなど),ガス漏れ有無,建物被害状況,傾斜／距離)を行い,その位置とともに報告する（Report） REP1レベルA：目視で確認できる事象REP2レベルB：QRコードで表現された事象REP3レベルC：カメラ映像, 音声, センサ情報などをもとに解析が必要な事象
競技シナリオ
地震により大規模停電が発生ビルや施設の建物が被災（病院／高齢者施設／オフィスピル／工場など）取り残された従業員や作業者ら数名の捜索および救助依頼停電が復旧するまでの時間内に... □二次災害の危険がある半倒壊建屋内の被災状況調査□通電・復電火災防止、ガス漏れによる爆発防止対策□要救助者の早期発見（捜索, 容体確認）および救助数出された要救助者は、ヘリコプターなどにより病院に搬送上記シナリオを実現するレスキューシステムを提案し、1/4スケールの模擬テストフィールドにて提案システムの評価を行う。 Aichi Institute of Technology
難易度の設定
捜索／探索タスク：ダミヤンを発見および容体を判定し、報告する(Triage) TRI1レベルA：カメラ映像などで目視できるダミヤンを発見し、位置を報告するTRI2レベルB：瓦礫の下にいるダミヤン（瓦礫をどかさなくても視認できる）を発見し、位置を報告するTRI3レベルC：瓦礫の下にいるダミヤン（瓦礫をどかさないと視認できない）を発見し，位置を報告するとともに，瓦礫をどける支援物資提供タスク(ペットボトル)：ペットボトルをイメージした角柱をダミヤン付近にある台に運ぶ（載せる）タスクを達成するとフィジカルポイントが回復する. PET1レベルA：ペットポトル（280ml～300ml，中身なし）の搬送PET2レベルB：ペットボトル（280ml～300ml，中身あり）の搬送PET3レベルC：支援物資ケース（箱，ペットボトル24本？）の搬送Aichi Institute of Technology Aichi Institute of Technology
難易度の設定
軽作業タスク：指示された作業を行う（Work） WOK1レベルA：ポタンを押す（スイッチを入れる）ことができるWOK2レベルB：ブレーカーもしくはハンドルを回すことができるWOK3レベルC：ドアの開閉および通過できる瓦礫除去タスク：指定された場所に瓦礫を撤去もしくは移動させる(Debris) DEB1レベルA：棒状, 板状瓦礫を撤去できるDEB2レベルB：連結瓦礫の撤去および指定エリアまで移動することができるDEB3レベルC：複雑形状あるいは重量瓦礫の撤去および指定エリアまで移動することができるAichi Institute of Technology fill 9
難易度の設定
事例：電源遮断操作引用：バナソニック引用：日東工業ブレーカースイッチの例分電盤ボックス内にある場合蓋を開ける操作が必要レスキューロボットコンテスト：ブレーカタスク軽作案タスク：指示された作業を行う（Work） WOK1レベルA：ボタンを押す（スイッチを入れる）ことができるWOK2レベルB：プレーカーもしくはハンドルを回すことができるWOK3レベルC：ドアの開閉および通過できる
難易度の設定
ショアリングタスク：不安定な瓦礫の安定化（ショアリング，Shoring）を行うSHR1レベルA：板状瓦礫の下からダミヤンを救出するSHR2レベルB：家具（スチール棚など軽量）に挟まれたダミヤンを救出するSHR3レベルC：家具（冷蔵庫，食器棚や本棚など重量のあるもの）に挟まれたダミヤンを救出数出搬送タスク：ダミヤンを安全な場所まで救出する（Rescue） RES1レベルA：直接目視できるダミヤンを指定されたエリアまで運ぶRES2レベルB：直接目視できない（閉所狭隘空間や家具などの下にいる）ダミヤンを指定されたエリアまで運ぶRES3レベルC：2階エリアのダミヤンを指定されたエリアまで運ぶAichi Institute of Technology
フィールドロボット性能評価プロセスの体系化への課題
■シナリオ作成：シチュエーション選定の難しさ分野でとに幅広く（ベンチマーク）用意することが望ましい->ロボット競技会：シナリオ及びミッション設定と類似■ミッションを構成するタスクの抽出：難易度や粒度（どこまで分解するか）設定の困難さミッション達成に要求されるロボット性能の抽出->ロボット競技会：競技課題設定に類似■各タスクに対する標準試験法割り当て：現存する標準試験法が限られているデータベース化（誰が管理するのか）新規標準試験法の認定（誰が策定し誰が認定するのか） ->ロボット競技会：競技フィールド設計及びルール策定に類似Aichi Institute of Technology NIST
その他の課題
オペレータ（ロボット操縦，システム操作）の育成□ロボット操縦訓練方法の開発□訓練用試験設備の整備／運用□訓練／運用マニュアルの整備Aichi Institute of Technology
まとめ
□ロボット競技会の競技デザイン事例紹介WRSプラント災害予防チャレンジ, レスキューロボットコンテスト□フィールドロボット性能評価プロセスの体系化への課題ロボット性能評価工学研究専門委員会の活動に期待■定期的な取り組み（活動）が必要普及啓蒙,継続性確保ex.シンポジウムの開催（新規STM開発発表，試験法評価会） ASTM Meetingのようなもの
ロボット性能評価に関わるステークホルダー
ロボットユーザー：消防，警察，自衛隊，民間点検調査会社ロボット開発者：大学・研究機関, ロボットメーカー試験設備所有者：大学・研究機関,公設試験場,テストフィールド(RTFなど)試験法開発者：大学・研究機関規格管理者：標準試験法企画策定・認定機関,データベース管理学協会：ロボット性能評価工学研究専門委員会■ユーザーによる評価の場が必要■情報や課題の共有：関係者が集える機会の提供が必要ロボット性能評価工学研究専門委員会の役割の一つAichi Institute of Technology