高専ロボコン2012におけるジェスチャ操作型 ボール投球ロ …...microsoft...
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小山工業高等専門学校
○和田義久(Yoshihisa WADA)
小森拓弥(Takuya KOMORI)
北島魁人(Kaito KITAJIMA)
田中昭雄(Akio TANAKA)
小山工業高等専門学校電気情報工学科
(OYAMA National College of Technology Dept.of Electrical and Computer Engineering)
IRH2013活動発表会「高校生とロボット」
高専ロボコン2012におけるジェスチャ操作型
ボール投球ロボットの開発Development of a Gesture-Controlled Throwing Robot for Robot Contest
2012 of National College of Technology
小山工業高等専門学校
発表概要
• 高専ロボコン2012に出場のジェスチャ操作式投球ロボットを紹介
• イルカショーのパフォーマンスを行うロボット
• 空気圧駆動による布引式投球機構の開発
• Kinectセンサを用いたロボット操作システムの開発
小山工業高等専門学校
アイデア対決ロボットコンテストとは
【高専ロボコンの目的】将来、技術者の目指す若者たちが、発想することの面白さや物作りの素晴
らしさを体験しながら独創的なアイデアと技術力を競い合うコンテストとして１９８８年からスタート、毎年、ＮＨＫ総合テレビの科学番組として放送されている。
＜高専部門＞全国５７高専６２キャンパスから１２４チーム（１高専２チーム）が参加●地区大会
北海道・東北・関東甲信越・東海北陸・近畿・中国・四国・九州の８地区●全国大会
地区大会で選抜された２５高専が参加ロボコン大賞、優勝、準優勝、ｱｲﾃﾞｱ賞、技術賞、ﾃﾞｻﾞｲﾝ賞
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２．高専ロボコン2012の競技課題「ベスト・ペット」
→高専生とペット型ロボットが協力して玉入れ
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２．高専ロボコン2012の競技課題「ベスト・ペット」
→高専生とペット型ロボットが協力して玉入れ
コントローラ使用禁止
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３．ペットロボットのアイディア
→ジェスチャによるロボット操作
人とロボットが対話しているような操作方法
ジェスチャ操作 ベスト・ペット
イルカショーに着目
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４．アイディア実現の鍵
＜キーポイント＞
Fフレンドルフィン
①イルカのフォルムや動きにマッチした投球機構開発
②ジェスチャによるロボット操作システムの開発
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投球機構の開発
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５．投球機構の開発
①布引式投球機構の採用
②アームの開閉にエアシリンダ
③首部にサーボモータを使用
イルカのフォルムや動きを重視
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①布引式投球機構
イルカのボール遊びを連想した投球
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②エアシリンダの使用
従来型 エアシリンダ使用型
モータとギア
→複雑な構造
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②エアシリンダの使用
小型化によって、外装の中にメカを収納
従来型 エアシリンダ使用型
エアシリンダのみ
→シンプルな構造
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③首部に２個サーボモータ搭載
1つの投球機構で9つのゴールにボール投球
Z軸サーボモータ
X軸サーボモータ
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ジェスチャ操作システムの開発
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６．ジェスチャ操作システムの開発
→Kinectセンサを用いた画像処理
人間の身振り手振りでロボットを操作
Kinectセンサ
<Kinectにできること>
・物体までの距離検出
・人体の骨格認識
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①ロボットの制御システム
従来のロボット制御システム
マイコン(PIC)コントローラ モータ
(モータドライバ)
人間
無線通信
ロボット
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①ロボットの制御システム
従来のロボット制御システム
マイコン(PIC)モータ
(モータドライバ)
２０１２年度のロボット制御システム
小型PCKinectセンサ
ロボット
画像処理従来のシステム+α
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<処理部> <出力部><入力部>
制御システム
Kinect for Windows
＜各種センサ＞・赤外線センサ×10・超音波センサ×2・タッチセンサ×3
PC:Mouse ComputerOS:Windows7 64bitCPU,メモリ:Core i5 4GB
センサ入力自作基板
Vstone社製マイコンボード
PICマイコン16F877
モータドライバリレー自作基板
＜PIC制御＞・Maxsonモータ×2
＜Vstone制御＞・380モータ×2
＜サーボモータ＞・産業用サーボモータ×2・KONDOサーボ×4
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②Kinectの機能
●人間自動追尾機能
→伴走者との距離を計測、一定になるようモータ制御
●ジェスチャによる走行モード切替
・停止モード：両手をカメラに突き出す
・追尾モード：左手のみを上げる
・壁走行モード：右手のみを上げる
シンプルかつ自然な操作を目指す
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③プログラムの動作
●骨格の状態→ジェスチャ認識ex.)頭のY座標より左手首Y座標が上ならば、
左手が上がっていると判断。
●誤認識・誤動作対策ex.)左手上げを判定するのに、右手の手首
のY座標も見るなど、細かい条件を出して、認識の精度を高めた。
頭よりどの程度上がったら、左手上げにするかなど、各所に閾値を設定し調整。
左手上げの状態
(スケルトン表示)
閾値設定
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④＠全国大会トラブル
●照明の光量により
センサが飽和
→人間を全く認識
できない
※Kinectは赤外線カメラ
を用いて骨格認識を行う 両国国技館にて
照明：水銀灯
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④＠全国大会トラブルの解決法
●赤外線カメラに市販の
サングラスレンズ
→減光
●白色の服を着用、各部にアルミホイルを装着
→赤外線反射率を高める
※直接照明が入らないように誘導した
かろうじてジェスチャ操作が可能に
縦向きサングラス
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まとめ
●イルカとトークするような場面の演出
→競技でありながらリアルなイルカショーを実現
●単発投げ 速の2分10秒程度でのゴール
→投球機構の性能も十分に発揮できた
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御静聴ありがとうございました