都産技研向け・レーダー波解析による人間自動追従ロボット制御システム(追従ロボットの先駆け)

◆ 実績の概要

昨今、物流倉庫や商業施設などで人間の後ろを自動でついていく搬送ロボットや案内ロボット(AMR)の導入が進んでいます。測定代行株式会社では、この技術が広く世に知れ渡る遥か前、東京オリンピックの開催を控えた時期に、地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター(都産技研)様向けの先端プロジェクトとして、人間を完全自動で追従するロボットの制御システムを開発いたしました。

カメラ画像認識では難しかった「逆光・暗所・衣服の変化」に影響されないレーダー波(LiDAR)を用いた独自のアルゴリズムを構築し、追従ロボット分野における先駆けとなった先進的な開発実績をご紹介します。

1. ロボットが人を『足のカタチ』で見分ける、独自のレーダー解析技術

本システムでは、ロボットに搭載されたレーダー(2Dスキャナ)から得られる膨大な点群データを、LabVIEWを用いてミリ秒単位でリアルタイムプロセス制御・自動制御しました。最大の特徴は、人を識別するための「幾何学的特徴抽出ロジック」にあります。

① 点群データから「2本の足(2つの輪)」を切り出すクラスタリング

レーダーが周囲360度(または前方視野)をスキャンした際、壁や柱、机などの障害物と「人間」を区別しなければなりません。当社は、レーダーが人間の下肢を捉えたときに描く特有のデータパターンに着目。「一定の間隔で並ぶ、断面が丸い2つの物体(2本の足の輪)」を高速でグルーピング(クラスタリング)し、動的なノイズから人間の足だけを瞬時に抽出するロジックを実装しました。

② 特定ターゲットの「ロックオン」と動的追跡アルゴリズム

ロボットが一度追従すべき人間(オペレーターや歩行者)を認識すると、システムはその「2つの輪」をターゲットとしてロックオンします。 人が歩行する際、右足と左足は交互に進むため、レーダー上では2つの輪の位置関係が常に動的に変化(片足が隠れたり離れたり)します。当社は、前後のサンプリングデータから移動ベクトルを計算するカルマンフィルタ等の予測アルゴリズムをブロックダイアグラム上に展開し、他の歩行者が交差してもターゲットを見失わない強固なロックオン状態を維持させました。

③ 走行モータへのシームレスな追従フィードバック(自動制御)

ロックオンした足の相対座標(距離と角度)から、ロボットの駆動モータ(左右のホイール)に対する最適な速度コマンドをリアルタイムにフィードバック演算しました。人が近づけば減速・停止し、離れればスムーズに加速、曲がれば旋回する。LabVIEWが得意とする低遅延な並列処理(キューやタイミングストラクチャを駆使)により、ギクシャク感のない人間ライクで自然な追従走行挙動を実現しました。

2. 先駆的開発が証明する、測定代行株式会社の強み

3. 自律移動ロボット・ロボティクス分野への応用展開

自律移動・追従システム・先進ロボット制御の開発は測定代行株式会社へ

「自社の移動台車にレーダーを載せて、特定の人間や先行車両を追従させたい」「カメラの画像認識では環境光(逆光や暗所)のトラブルが多くて困っている」「センサーの生データを高速処理してリアルタイムにハードウェアを動かすシステムを組んでほしい」など、高度な自動制御、プロセス制御、計測制御の課題はございませんか?

測定代行株式会社は、元・計測器メーカー(横河計測)でのR&D経験をベースに、物理現象の理解と確かなコード設計(綺麗で拡張性の高いタイプ定義の活用など)で難題を突破する受託開発のプロフェッショナル集団です。都産技研様向けプロジェクトで培った先駆的なロボティクス技術を活かし、お客様の現場に最適な「止まらない・狂わない」自動化システムをご提案いたします。

LabVIEW(LABVIEW、ラボビュー)に関する検索やご相談、マイコンやLiDARを駆使した先進的なロボット開発システムは、測定代行株式会社に一番にご相談ください。まずはお気軽にお問い合わせください。

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