Development of a simulator for operator proficiency training for seafloor exploration by remotely operated vehicle

亀割 隆世*; 藤島 裕典*; 川端 邦明; 鈴木 健太; 坂上 憲光*; 武村 史朗*; 高橋 悟*

Proceedings of the IUTAM Symposium on Optimal Guidance and Control for Autonomous Systems 2023 (IUTAM Bookseries No.40), p.85 - 101, 2024/01

The purpose of this paper is to construct an ocean simulator that is useful for training the operation of underwater robots, as mentioned above, and to effectively utilize actual seafloor observation data to measure the seafloor. The proposed ocean simulator can be made more similar to actual ocean current conditions by adding a physical engine, fluid resistance, virtual currents, etc. The simulator software is based on Choreonoid, an integrated software for robot development, to achieve high scalability. Furthermore, by installing Fluid Dynamics Plugin, the underwater behavior of the ROV can be reproduced.

HAIROWorldPluginマニュアル(改訂版)

鈴木 健太; 八代 大; 川端 邦明

JAEA-Testing 2021-004, 125 Pages, 2022/03

JAEA-Testing-2021-004.pdf:6.1MB

本稿は、日本原子力研究開発機構(以下、原子力機構)が開発したHAIROWorldPluginの利用手順書(HAIROWorldPluginマニュアル[JAEA-Testing2020-009])の改訂版である。原子力機構楢葉遠隔技術開発センターでは、東京電力ホールディングス株式会社(以下、東京電力HD)福島第一原子力発電所におけるロボットを用いた遠隔による廃炉作業を支援するための技術として、ロボット等の動力学シミュレーションが可能なオープンソースソフトウェアであるロボット用統合GUIソフトウェアChoreonoidを基盤としたロボットシミュレータを開発している。HAIROWorldPluginは、ロボットの遠隔操作により行われる廃炉作業を模擬するための拡張機能をChoreonoidプラグインとしてまとめたものである。改訂版の本利用手順書では、最新のHAIROWorldPluginが廃炉作業時を想定したロボットの遠隔操縦体験を提供するための機能(水中ロボット/無人航空機の挙動模擬、ノイズ・歪み・色相変化等を含む不鮮明なカメラ画像提示、遅延・帯域減少・パケットロス等の通信障害効果の付与)に加えて、新たに追加された機能の設定と操作手順を説明している。具体的には、シミュレーションをしているロボットと他の物体との間の干渉状態を記録する機能、ジョイスティックの入力状態を表示・記録する機能、環境物体のモデル(パイプ・グレーチング・スロープ)を生成する機能、慣性モーメントを計算する機能、使用頻度の高いシミュレーションの設定を簡易な操作で呼び出す機能、シミュレーションの履歴を記録・表示する機能について説明を追記した。本稿では、Ubuntu20.04LTSにChoreonoidを導入してHAIROWorldPluginをインストールする手順と、HAIROWorldPluginが提供する機能を利用する際の操作手順やパラメータの設定方法を、Choreonoidを初めて使用するユーザにもわかりやすいように画面のスナップショットを用いて説明している。

Toward technological contributions to remote operations in the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

川端 邦明

Japanese Journal of Applied Physics, 59(5), p.050501_1 - 050501_9, 2020/05

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ab82ad

本論文では、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所で行われて遠隔操作ロボットによる廃炉作業やそこで得られた教訓などをについて記している過去の作業経験に基づいて、今後安全で安定、かつ効率的な遠隔作業を推進するために重要と思われるポイントについてまとめ、これをうけて現在原子力機構で実施されている研究開発項目とその内容について記した。具体的には、廃炉用ロボットの性能脳評価のための標準試験法、操作習熟訓練のためのロボットシミュレータ、遠隔地の状況把握支援のための情報生成手法等の開発状況について述べた。

Development of a robot simulation system for remotely operated robots for operator proficiency training and robot performance verification

川端 邦明; 鈴木 健太; 磯和 充*; 堀内 一憲; 伊藤 倫太郎

Proceedings of 14th International Conference on Ubiquitous Robots and Ambient Intelligence (URAI 2017) (USB Flash Drive), p.561 - 564, 2017/06

https://doi.org/10.1109/URAI.2017.7992669

本論文では、遠隔操作ロボットのためのシミュレーションシステムの開発について報告する。開発中のシステムは、操作習熟度訓練およびロボット等の性能試験のために用いることを目的としたものであり、特に福島第一原子力発電所の廃炉に貢献するものである。シミュレータには産総研の開発したChoreonoidをベースにし、視覚的なノイズや通信障害などの機能を設計開発して実装している。また、水中ロボットのシミュレーションについても実装している。開発システムの現状について報告を行う。

インターネット上で原子炉シミュレータを運転する遠隔教育訓練システムの原型版構築

山口 勇吉; 今井 雄輝*; 田辺 文也

ヒューマンインタフェースシンポジウム2005講演論文集, p.779 - 782, 2005/09

大規模複雑な技術システムの典型である原子力システムに対する、さまざまな社会階層レベルにまたがる意思決定当事者のシステム理解促進のために、インターネットを介したフルスコープ原子炉シミュレータの運転操作,その運転操作状況のモニタリング及びインストラクションを可能とする遠隔教育訓練システムDETRASを開発した。

共有分散メモリ型並列計算機における新規通信手法

山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦; 荒川 忠一*

日本計算工学会論文集, 7, p.243 - 252, 2005/05

http://joi.jlc.jst.go.jp/JST.JSTAGE/jsces/2005.20050010

ほとんどすべての並列計算機では、データの通信にMPIライブラリを使用する。このMPIには通信処理と演算処理を同時に実行し、通信時間を隠蔽することができる通信命令が用意されている。しかしながら、実際に2つの処理が同時に実行できるかどうかは、計算機のハードウエアの機能やMPIの実装方法に依存しており、多くの計算機で同時に実行することが不可能である。そこで、本研究では共有分散メモリ型並列計算機のノード内並列機能とMPIを組合せて通信処理と演算処理を同時に行う方法を提案した。この方法は単純なプログラムの修正で実現できる。サンプルプログラムに提案方法を適用し、地球シミュレータ,日立SR8000,Compaq AlphaServer上で実行したところ、実際に通信と演算を同時に実行することが確認でき、最大で約1.8倍の高速化が実現できた。また、通信量の多い物理問題(ハミルトニアン行列の対角化)に適用し、地球シミュレータで実行したところ、約1.6倍の高速化が達成できた。

10TFLOPS eigenvalue solver for strongly-correlated fermions on the earth simulator

山田 進; 今村 俊幸*; 町田 昌彦

Proceedings of 23rd IASTED International Multi-Conference on Parallel and Distributed Computing and Networks (PDCN 2005), p.638 - 643, 2005/02

通信量の多いアプリケーションである強相関フェルミ粒子系問題に現れる超大規模なハミルトニアン行列に対する地球シミュレータ向きの固有値計算プログラムの開発を行った。地球シミュレータは、MPIを利用したノード間の通信処理を演算処理で隠蔽することができないため、通信量の多いアプリケーションではその性能を引き出すことが困難である。そこで、本研究ではノード内並列機能とMPIを組合せることにより、通信処理を演算で隠蔽できる通信手法を提案した。実際にこの通信手法を適用することにより、通常の通信手法を利用した場合より約1.4倍高速化することが確認できた。これにより、世界最大級である1200億次元のハミルトニアン行列の最小固有値を約4分で計算することに成功した。また、10TFLOPSを超える計算性能を達成した。

稠密燃料集合体内二相流挙動に関する大規模シミュレーション

小瀬 裕男*; 高瀬 和之; 吉田 啓之; 叶野 琢磨; 呉田 昌俊; 秋本 肇

第41回日本伝熱シンポジウム講演論文集, 2 Pages, 2004/05

原研が開発を進めている低減速軽水炉を対象として、稠密燃料集合体内の二相流挙動を直接解析によって予測する研究を、地球シミュレータによる大規模シミュレーションによって行っている。本研究では、熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、低減速軽水炉の炉心条件をもとに燃料集合体入口の流速やボイド率を変えて一連の解析を実施し、次の傾向の予測に成功した。(1)燃料棒表面が薄厚の液膜で覆われる,(2)燃料棒間隔が狭い領域で液膜の架橋現象が起こる,(3)蒸気は燃料棒間隔が広い三角ピッチ中心部をストリーク状に流れる。

ハバードモデルの超大規模固有値問題に対する地球シミュレータでの並列計算法

山田 進; 町田 昌彦; 今村 俊幸*

京都大学数理解析研究所講究録1362, p.142 - 150, 2004/04

強相関電子系問題において最も高精度な手法であるランチョス法に基づいた厳密対角化法で超大規模なシミュレーションサイズの問題を地球シミュレータで効率的に並列計算するための通信方法を提案し、1次元24サイトのd-pモデル問題に対応する約180億次元の行列を例にその性能を評価した。その結果、単方向通信を用いると通信の同期回数が減らせるため一対一通信及びグループ通信を用いた場合より高速に計算できることが確認できた。また、ランチョス法の反復回数と最小固有値の精度を調査し、上記の行列ならば300回程度の反復で十分であることを確認した。

低減速軽水炉の燃料集合体内二相流挙動の大規模数値シミュレーション

高瀬 和之; 吉田 啓之; 小瀬 裕男*; 玉井 秀定; 叶野 琢磨; 秋本 肇

日本混相流学会年会講演会2003講演論文集, p.33 - 34, 2003/00

原研が開発を進めている低減速軽水炉を対象として、稠密燃料集合体の二相流挙動を直接解析によって数値的に予測する研究を行っている。稠密燃料集合体をフルサイズで模擬した体系で直接解析を行うためには膨大な記憶容量を必要とするが、地球シミュレータによって初めてそれが可能になった。解析には、吉田によって開発された二相流解析コードTPFITを使用した。本コードは界面追跡機能を有し、気液界面形状を時間及び空間方向に高精度で輸送できる特徴を持つ。本研究では、熱の影響がない非加熱等温流条件に対して、燃料集合体入口の流速やボイド率を変えて解析を実施した。低減速軽水炉の炉心条件をもとに、気相及び液相の物性値は圧力7.2MPa,飽和温度288Cにおける蒸気及び水の値を使用した。一連の大規模シミュレーションにより、稠密燃料集合体内の二相流挙動、特にスペーサ周辺の液膜流挙動等の詳細が定量的に明らかになった。