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報告書

原子力災害対応用ロボットの性能試験法; ロボットアームによる障害物の乗り越えを介した接近試験(JAEA-TM-0006)

山田 大地; 川端 邦明; 阿部 浩之*

JAEA-Technology 2021-033, 18 Pages, 2022/03

JAEA-Technology-2021-033.pdf:1.58MB

本稿は、原子力災害対応および廃炉作業に用いるロボット等の遠隔操作機器(以下、ロボット)の性能を定量的に評価するとともに、その性能を比較するための試験法について記述したものである。東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所での事故発生後、多くの遠隔操作ロボットが作業に活用されている。災害は発生件数が少ないため、実際の事故対応の作業経験と教訓は、将来の遠隔操作ロボットの開発において重要となる。そこで、我々は福島第一原子力発電所での遠隔操作ロボットによる作業を参考にしてロボット性能評価のための試験方法の開発に取り組んでいる。福島第一原子力発電所の事故対応では、ロボットアームを備えたロボットがロボットアームにより作業対象への接触や作業対象の移動、作業対象を撮影するタスクがあった。また、それらの中には、壁などの障害物により作業対象までの直線的なアクセスを物理的、視覚的に遮られるため、ロボットアームにより障害物の上方を越えて作業対象に接近、接触するタスクがあった。本稿は、壁状の障害物の上方または障害物の奥にある作業対象への接近に関する性能を定量的に評価するための試験手順について記述するものである。試験実施の参考のために、具体的な試験環境の例とテスト実行のデモンストレーションの様子についても掲載している。

報告書

原子力災害対応用ロボットの性能試験法; 貫通孔を介した展開後の走破性能試験(JAEA-TM-0004、JAEA-TM-0005)

川端 邦明; 山田 大地; 阿部 浩之*

JAEA-Technology 2021-021, 30 Pages, 2021/11

JAEA-Technology-2021-021.pdf:2.55MB

本稿は、原子力災害対応および廃炉作業に用いるロボット等の遠隔操作機器(以下、ロボット)の性能を定量的かつ相対的に評価するための試験法について記述したものである。東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(以下、1F)での事故発生後から現在まで、作業やタスクに応じて多種多様な遠隔操作ロボットが導入されている。このような作業経験と教訓は、将来のロボットの設計、開発に重要であることから、我々はこれらを参考にしてロボット性能評価のための試験方法の開発に取り組んでいる。近年の廃炉作業においては、原子炉格納容器内の核燃料デブリの分布や状態に関する調査が実施されている。格納容器内部へロボット等の投入・展開は、放射性物質の飛散の防止のために小口径の貫通孔を介して行われている。著者らが1Fの1、2号機での作業実施について調査したところ、貫通孔を介して格納容器内に展開した後にロボットによって調査作業を実行するためには、貫通孔にケーブルを通した状態で、貫通孔の出口から下方にある床面上での自在な走行および貫通孔の出口から下方に位置する傾斜面上での自在な走行について高い性能が必要であることがわかった。本稿は、これらの性能に注目して、定量的かつ相対的なロボットの性能比較・評価に資する、貫通孔を介した展開後の床面上走破性能試験と貫通孔を介した展開後の傾斜面上走破性能試験の2つの試験手順について記述するものである。試験実施の参考のために、具体的な試験環境の例とテスト実行のデモンストレーションの様子についても掲載している。

報告書

原子力災害対応用ロボットの性能試験法; 走破性能試験(JAEA-TM-0001, JAEA-TM-0002, JAEA-TM-0003)

川端 邦明; 山田 大地; 阿部 浩之*

JAEA-Technology 2020-015, 37 Pages, 2020/11

JAEA-Technology-2020-015.pdf:3.81MB

本稿は、原子力緊急時対応および廃炉作業に用いるロボット等の遠隔操作機器(以下、ロボット)の性能を評価するための試験法について記述したものである。東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所での事故発生後、多くの遠隔操作ロボットが作業に活用されている。このような作業経験と教訓は、将来の遠隔操作ロボットの開発に重要であることから、我々はこれらを参考にしてロボット性能評価のための試験方法の開発に取り組んでいる。これまでの著者らの調査により、原子力緊急時対応および廃炉作業のためのタスクをロボットによって実行するためには、スペースが十分にない空間において衝突を回避しながらの走行、階段上にて転倒や転倒を回避しながらの走行、ロボットに接続されたケーブルにより引き起こされる問題を回避しながらの走行、について高い性能が必要であることがわかっている。本稿は、これらを定量的に評価するための、狭隘通路走破性能試験,階段走破性能試験,ケーブル牽引走破性能試験の3つの試験手順について記述するものである。試験実施の参考のために、具体的な試験環境の例とテスト実行のデモンストレーションの様子についても掲載している。

論文

Designing test methods for running capabilities of ground robots for nuclear disaster response

川端 邦明; 山田 大地; 白崎 令人; 石山 博紀

Proceedings of IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2019) (USB Flash Drive), p.559 - 564, 2019/07

This paper describes the development of some test methods for the robots utilized for nuclear disaster response and decommissioning tasks. From the experiences in the disaster response at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), we have learned the importances of the development of the robots and the improvement of the operation capability. In this paper, we describe the test methods for running performances of the robots that are fundamental functions for the tasks in the nuclear disaster response. As the typical examples, we describe the tests for the performance of running through the narrow passage, climbing up and down the stairs and running with dragging the cable.

論文

生活環境における移動ロボットの自己位置推定のためのレーザスキャナの統計的計測モデル

山田 大地; 大矢 晃久*

計測自動制御学会論文集, 52(12), p.661 - 670, 2016/12

本論文では、移動ロボットの自己位置推定を目的として、過去のスキャンデータの統計量によるレーザスキャナの計測モデルについて述べる。ロボットの自律移動において、一般的にロボットはあらかじめ用意した地図上の自己位置と目的地をもとに走行する。このため、自己位置推定が要素技術となる。レーザスキャナは高精度かつ高速に周囲の形状情報を取得できるセンサであり、自己位置推定に広く用いられている。しかし、人が生活する環境では歩行者などの移動物、路面の傾きやロボットの振動など様々な原因により、レーザスキャナの形状情報が曖昧となる。このため、地図に記述するランドマークの情報を得ることが困難となる、また地図と自律走行時のセンサデータの照合が困難となる。本研究では過去のスキャンデータにおける統計量を地図に用いる。統計量を用いることで、形状情報が曖昧であっても、頻度や分布などの傾向から自己位置推定可能な特徴が得られる。本論文では、この地図を用いたレーザスキャナの計測モデルと、この計測モデルをパーティクルフィルタに適用して自己位置を推定する方法について述べる。実際の歩道において評価実験を行った結果、本手法を用いた自己位置推定は高い正確さを示し、ロボットが安定して目的地まで到達することに成功した。

論文

Maintaining formation of multiple robotic wheelchairs for smooth communication

鈴木 亮太*; 小林 貴訓*; 久野 義徳*; 山田 大地; 山崎 敬一*; 山崎 晶子*

International Journal on Artificial Intelligence Tools, 25(5), p.1640005_1 - 1640005_19, 2016/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.53(Computer Science, Artificial Intelligence)

高齢化の進む現代社会において、知能化/ロボット化した車椅子に関する研究が注目されている。高齢者介護施設において、高齢者の心身の健康のために介護士からの積極的なコミュニケーションが重要視されている。一方で、車椅子による移動において、従来通り同伴者が背後から押して移動すると、搭乗者と同伴者の円滑で自然なコミュニケーションの妨げになる。そこで、我々は同伴者と車椅子が自然に隊列を組んでためのロボット車椅子のシステムを開発している。本稿では、車椅子搭乗者と同伴者のふるまいとコミュニケーションについての調査について報告する。また、エスノメソドロジーによってコミュニケーションをとるための自然な隊列について分析した。これらの調査の結果を基に、車椅子搭乗者とコミュニケーションしやすい隊列を組むための複数台ロボット車椅子システムを提案する。

口頭

研究拠点向上のための遠隔技術開発,4; 原子力災害対応ロボットの標準試験法の導入に向けて

谷藤 祐太; 白崎 令人; 毛利 文昭; 山田 大地; 土田 佳裕; 川端 邦明; 鳥居 建男; 川妻 伸二

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、原子力災害対応ロボットの標準試験法(Standard Test Method: STM)の開発を進めている。STMではロボットの性能やオペレータの習熟度を評価する「ものさし」を設計・開発する必要がある。我々が現在取り組んでいる原子力災害対応ロボット用のSTMに関する開発状況について述べる。

口頭

福島の復興に向けた楢葉遠隔技術開発センターにおける人材育成の試み; レーザー技術およびロボット技術の夏期実習

西村 昭彦; 羽成 敏秀; 中村 将輝; 松永 幸大; 下村 拓也; 大道 博行; 中井 宏二; 山田 大地; 井崎 賢二; 川妻 伸二

no journal, , 

平成27年度の原子力機構での夏期休暇実習生制度の実施内容のうち、遠隔技術として深く関連する要素技術としてロボット技術及びレーザー応用技術について実施報告を行う。廃止措置技術の中核となる遠隔技術開発では、ロボット、放射線計測、レーザー応用等の幅広い先端技術に取り組める人材を養成することを目的とする。ロボットについては、原子炉構造に合わせた特殊形状のロボット開発が福島原子力発電所の現場で進められている。これまで、原子力機構でも遠隔操作可能なロボットを開発した。これは、移動のためのクローラと作業のためのアームを備えている。この基本機能とその操作に習熟する学習内容とした。また、高出力レーザーの適用はロボットへのセンサー搭載に続く先のことになる。レーザー切断が可能となれば、加熱による溶融と高速ガスによる溶融部分の除去により切断が進むことを模擬実験により学習した。平成28年度は楢葉地区での活動に傾注する。このため、大学・高等専門学校側の教育内容と受け入れ側である原子力機構の実施内容の刷りあわせが重要である。

口頭

原子炉建屋内調査のためのSLAM研究支援用センサデータベースの作成

山田 大地

no journal, , 

福島第一廃止措置において、SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)の技術が重要となる。ロボットが原子炉建屋内の調査を実施しているが、詳細な情報を得るためには、ロボット自身の位置・姿勢を認識する必要がある。このため、SLAMによりロボットの位置・姿勢を推定することが要求される。しかし、福島第一廃止措置におけるSLAMの研究開発において2つ問題がある。1つ目はロボットが活動する多くの環境は未調査ということである。SLAMによる位置・姿勢の推定には環境中の位置姿勢特定可能な特徴(ランドマーク)が必要であるため、SLAMの性能は環境に依存する。もう1つは環境が未調査であるため、ロボットの仕様も明確とならず、ロボットに適用可能なSLAMの手法も明確とならないことである。これらの問題のため、福島第一廃止措置におけるSLAMの開発は困難となる。そこで、われわれは福島第一廃止措置におけるSLAMの研究基盤となるセンサデータベースを開発している。画像処理における画像データベースのように、センサデータベースがあれば、多くの研究者がSLAMの研究に容易に取り組むことができる。本発表では、このセンサデータベースに要求される仕様とそのデータの記録方法について述べる。

口頭

Sensor database for research of SLAM in reactor buildings

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所では、事故以来、原子炉建屋内に未調査のままの箇所が多くあり、遠隔操作ロボットを用いた原子炉建屋内調査が廃止措置を進める上で重要となる。このため、ロボット工学における地図と位置の同時推定(SLAM)が要素技術として着目される。そこで、本研究の目的はSLAMの研究のためのセンサデータベースの構築である。

口頭

廃止措置に向けたロボットの試験法開発; ロボット作業の抽象化とリスクの分析方法の検討

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃止措置では高放射線環境下での作業のためロボットが用いられており、今後も作業の進捗に応じて、適宜、開発、投入されることが予想される。ロボットについて共通的なリスクを回避するために標準的に要求される機能について、その性能を評価する試験法があれば開発の促進が期待される。このため、本研究は試験法の開発のために共通的なリスクの分析方法の構築を目的としている。本発表では共通的なリスクの分析方法の検討を行った結果について報告する。

口頭

原子炉建屋内調査のためのSLAMの研究開発用センサデータベース

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所では、原子炉建屋内に未調査のままの箇所が多くある。このような未調査の箇所は高放射線環境である可能背があるため、遠隔操作ロボットを用いて調査が実施されている。このため、ロボットを用いた地図作成技術であるSLAMが重要な技術として着目される。そこで、本研究ではSLAMの研究開発支援のためにセンサデータベースを構築する。

口頭

1F廃止措置のためのSLAMの試験用のセンサデータベースの構築

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所(以下、1F)の原子力建屋内の調査について、高放射線環境であることが予想されるため、遠隔操作ロボットを用いた調査が実施されている。この調査で得られたデータをもとに構造物の位置や線量の分布などの地図が作成できれば、廃止措置の計画に役立てられると考えられる。このため、移動ロボットの地図作成技術であるSLAMが注目される。筆者らは1F廃止措置のため、SLAM手法の研究開発の促進を目的として、試験用のセンサデータベースの構築に取り組んでいる。本稿では、試験用のセンサデータを計測する試験環境とロボットに関するシナリオについて報告する。また、本研究のデータベースによる試験の有効性を検証するために、実際にSLAM手法を実施し評価する必要がある。そこで、本稿では想定したシナリオに対してSLAMのためのランドマークを検出する方法について提案する。

口頭

Sensor database for performance evaluation of SLAM for mapping task in reactor buildings

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

In reactor buildings of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, there are still uninvestigated areas. For investigation in such areas, mapping technology called SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) is a key technology developed in robotics. Thus, in order to enhance SLAM research, we construct the sensor database for performance evaluation of SLAM like face image database for face recognition. This presentation introduces the required specification of the sensor database for such purpose and applying decommissioning works.

口頭

ロボットの地図作成技術(SLAM)の性能を試験・評価する方法の開発

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所廃止措置において、作業を効率的に進めるにために現場の情報共有が重要となる。現場の情報共有のために、ロボットの地図作成技術SLAMを応用して、人に現場の状況を提示する地図を作成することが有効と考えられる。一方で、原子力施設ではノイズや機材の制限のためにSLAMの適用が困難であり、更なる研究開発が必要と考えられる。そこで、本発表では原子力施設のためのSLAMの研究開発の促進を目的としたSLAMの性能を試験・評価する方法について報告する。

口頭

原子力災害対応用ロボットのための試験法の開発

川端 邦明; 山田 大地; 白崎 令人; 石山 博紀

no journal, , 

This paper proposed test methods for the robots for nuclear emergency response. Our motivation is to enhance the development of the robots and the improvement of the operator proficiency for decommissioning of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. We describe some proposals of developed test method for nuclear disaster response ground robots. Subject of the robots' performance to be evaluated and required conditions are described. Practical example courses and testing procedure utilizing the mockup facility and developed test field are also introduced.

口頭

Evaluation method of robot mapping performance for decommissioning

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業において、作業員が作業現場の状況を知ることが、作業効率の向上や安全のために不可欠となる。Simultaneous localization and mapping(SLAM)と呼ばれるロボット工学の地図作成技術は現場の情報を共有するために有効技術である。しかし、福島第一原子力発電所の過酷な環境にSLAMを適用するには技術的課題がある。本発表では1Fを対象としたSLAMの研究開発を促進するためのSLAMの評価法の開発について紹介する。

口頭

原子力災害対応用ロボットのための試験法の開発; 格納容器内アクセスのための走破性能試験

川端 邦明; 山田 大地; 石山 博紀

no journal, , 

原子力災害対応用ロボットの性能評価を行うための試験法の開発を行っている。本発表では、格納容器内調査作業の際のアクセスルートを参考に設計開発を行った試験法について紹介する。

口頭

Development of dataset to evaluate SLAM for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant decommissioning

山田 大地; 川端 邦明

no journal, , 

地図と位置の同時推定(SLAM)はロボットが自律移動するための技術であるが、同時に、SLAMにより生成された地図はその環境の状態を理解するために有用である。特に福島第一原子力発電所(1F)のように人の侵入が制限された環境において、その環境の状態を理解することは重要となる。また、そのような人の侵入が制限される場所を調査として、遠隔操作ロボットにより得られたデータから地図を作ることは理想的な方法と考えられる。しかし、1Fのような厳しい環境でSLAMを実施するには、まだ、多くの技術的な課題がある。また、1F現地でSLAMの試験を行うことは現実的ではないため、研究開発は困難となる。このため、1FにSLAMを適用するには、現地で試験せずにその性能を評価する方法が必要となる。本発表では現地で実験する代わりに模擬試験環境を用いたSLAMを評価するためのデータセットの開発について述べる。

口頭

福島第一原子力発電所廃炉のためのSLAMの試験用データセットの開発; PCV内部通路の模擬環境の構築

山田 大地; 阿部 浩之*; 川端 邦明

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所(1F)廃炉において効率的かつ安全に作業するために、原子炉建屋内の様子を知ることが重要となる。このため移動ロボットの地図作成技術(SLAM)の適用が期待されるが、一方で1F現地での実験は実質不可能であり、研究開発は困難となっている。そこで、本研究では1Fのように危険な場所にSLAMを適用するために、現地実験に代わる試験方法として、模擬環境において試験用のデータセットの作成に取り組んでいる。本発表では格納容器(PCV)内部の通路の調査を参考に想定したシナリオとこれを基に構築した模擬環境について紹介する。

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