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自律移動ロボットのためのHF帯RFIDを用いた自己位置同定/SLAM

背景
少子高齢化を目の前にし、単純な搬送作業や床面清掃作業は少ない労働力を無駄に消費し、本来の業務を圧迫している。医療・福祉施設を例にとれば、検体や薬、医療器具、個別対応食事等、目的地がランダムな搬送作業を効率的に行うために、合理的な搬送手段の構築が急務である。移動ロボットを住環境や公共施設など人間の生活空間に導入する場合、必ず正確、安全な自己位置同定システムを構築する。移動ロボットの自己位置同定には、多くの場合、視覚センサや測域センサを用いるシステムが多いが、視覚センサは環境の照明条件に敏感であり、測域センサは透明な壁やドアの誤認識が多くい。これらのセンサを用いた位置推定は周囲の家具や人間などの移動に影響を受けやすく、ある程度初期位置の範囲を限定しなければ、位置を速やかに推定することは困難である。GPSは屋外における自己位置同定に多く使われているが、周囲の建物の影響を受けやすく、かつ屋内では信頼に足る精度を出せない。
本研究では、RFIDシステムを用い、確率論的手法を用いた自己位置同定手法がRFIDタグが埋め込まれた環境下では、視覚センサや測域センサを用いたシステムでは容易に自己位置同定が失敗する環境下においても、非常に安定して自己位置同定のはできる。1と図2に我々の研究グループで開発したHF帯96RFIDリーダを搭載した全方向移動ロボットを示す。



RFIDシステム
8個RFID リーダ

RFIDとは、ID情報を埋め込んだRFタグから、電磁界や電波等を用いた近距離の無線通信によって情報をやり取りするものである。RFIDシステム用いた移動ロボットは照明条件や周囲の障害物の影響を受けず、安定した自己位置同定することができる。3RFIDタグを織り込んだシートとこれを研究室の床に埋め込んだ実験環境を示す。RFIDリーダは図2に示す。

図3 RFIDタグ挿入したテキスタイル(左)カーペットに挿入して設置した研究室(右)


図4にRFIDシステムを用いた移動ロボット自己位置同定の概念図を示す。

図4 RFIDシステムを用いた移動ロボットの自己位置


図5 RFIDシステムとLRFを用いた屋内移動
ロボットの障害物回避を伴うナビゲーション
(白い正方形はロボットの位置)


model.wmv


                                                                           実験:RFID システムを用いた移動ロボット自己同定(1)

                                                                            実験:RFID システムを用いた移動ロボット自己同定(2)

    RFID システムを用いた移動ロボットSLAMシミュレーション(青い正方形はSLAM方法計算して得たロボットの位置;
白い正方形はロボットの正確位置;白い円はロボットが移動途中検出したタグの位置)

8リーダでRFID システムを用いた移動ロボットSLAMシミュレーション


発表論文
  • Design of an HF-Band RFID System with Multiple Readers and Passive Tags for Indoor Mobile Robot Self-Localization, Jian Mi and Yasutake Takahashi, Sensors 2016, 16(8), 1200; doi:10.3390/s16081200
  • Low cost design of HF-band RFID system for mobile robot self-localization based on multiple readers and tags, Jian Mi and Yasutake Takahashi, in Proceedings of the 2015 IEEE Conference on Robotics and Biomimetics, Zhuhai, China, Dec. 6-9, 2015, pp.194-199(2015)
  • HF-band RFID System based Self-Localization System for Omni-directional Service Robot, 王君、宓建、インテリジェントホームロボティクス研究会2015年11月29日
  • Self-Localization using MCL based on a novel HF-band RFID System with Large Antennas and Small tags, Jian Mi and Yasutake Takahashi, 計測自動制御学会システム情報部門学術講演会2015(2015年11月18日ー20日、函館), SS21-7, pp.1337-1342
  • SLAM based on Distributed Particle Updates for Landmark Mapping for RFID-based Mobile Robot, Jun Wang and Yasutake Takahashi, 計測自動制御学会システム情報部門学術講演会2015(2015年11月18日ー20日、函館)SS21-8, pp.1343-1348, 2015.11
  • SLAM on HF-band RFID System and LRF for Omni-Directional Vehicle,  RSJ2015AC2G2-04, 第33回日本ロボット学会学術講演会(2015年9月3日~5日)
  • Performance Analysis of Mobile Robot Self-Localization Based on Different Configurations of RFID System Jian Mi and Yasutake Takahashi, Proceedings of 2015 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM2015), pp.1591-1596, 2015.7
  • Investigation on Mobile Robot Self-Localization based on RFID system using less RFID Readers, Jian Mi, Yasutake Takahashi, Proceeding of the 2015 JSME Conference on Robotics and Mechatronics, Kyoto, Japan, May 17-19, 2015
  • Simultaneous Localization and Mapping on HF-band RFID system for Omni-direction Vehicle, Jun Wang and Yasutake Takahashi, Proceeding of the 2015 JSME Conference on Robotics and Mechatronics, Kyoto, Japan, May 17-19, 2015 
  • SLAM on HF-band RFID Self-Localization System, 王君, 高橋泰岳, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2014~第23回北信越支部シンポジウム & 第17回人間共生システム研究会~, S13(HSS-17-3), pp.5-8, 2014.11, 奨励賞受賞
  • Investigation of Different Tag and Antenna Arrangement Effect on RFID-based Mobile Robot Self-Localization,Mi Jian, Yasutake Takahashi, 日本知能情報ファジィ学会 合同シンポジウム 2014~第23回北信越支部シンポジウム & 第17回人間共生システム研究会~,S44(HSS-17-9), pp.45-48, 2014.11
  • Mobile Robot Localization based on 96 HF band RFID readers and ID Tag Installed Floor CarpetYasutake Takahashi and Takumi Hashiguchi, The International Workshop on Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics 2014 (IWACIII 2014), Talk 2-4, 2014.3iwacii2014thashiguchi.pdf
  • Mobile Robot Self Localization Based on Multi-Antenna-RFID Reader and IC Tag Textile, Yasutake Takahashi, Yuta Ii, Mi Jian, Wang Jun, Yoichiro Maeda, Masahiko Takeda, Ryuji Nakamura, Hiroaki Miyoshi, Hidenori Takeuchi, Yoshinori Yamashita, Hiroshi Sano, Atsuji Masuda, Proceedings of the 2013 IEEE Workshop on Advanced Robotics and its Social Impacts (ARSO2013), pp.106-112, 2013.11, http://hdl.handle.net/10098/8657


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