PowerPoint プレゼンテーション

「コンピュータと情報活用術」
１１月１６日
総合情報学部
メディアコンピュータシステム学科
升谷 保博
http://www.osakac.ac.jp/labs/masutani/
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本日の内容
y 小惑星探査機「はやぶさ」
– 予定を変更して．
– これもロボット．
– 11月19日にいよいよ小惑星にタッチダウン！
y RoboCup全般の紹介の残り
y RoboCup出場チーム実際
– 大阪電気通信大学・大阪大学合同チーム
ＯＭＮＩ
– RoboCup2005の小型リーグに出場
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小惑星探査機「はやぶさ」
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「はやぶさ」の概要
y 小惑星「イトカワ」（長径約500m）まで行っ
て表面の土を採取して地球まで戻ってくる．
y 現在，
地球から
３億km
y 11/19日に
１回目の
採取
4
「ロボット」？
y
y
y
y
行ってみないとわからない．
光や電波でも片道１７分．
遠隔操縦はできない．
センサのデータに基づいて「自律」して
行動しなければならない．
y 様々な目的を遂行．
y 人工衛星に比べて遥かに動きが多様．
y 超チャレンジングなミッション
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スケジュール
y 2003年5月9日打ち上げ
：
y 2005年9月12日 イトカワから20kmに到着
y 2005年11月9日 70ｍまで接近
y 2005年11月19日 サンプル採取
y 2005年12月 イトカワを離れる
：
y 2007年6月 地球に帰還
カプセルのみ大気圏へ
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ビデオ（3分6秒）
y これは全てコンピュータグラフィックス！
y 小惑星は小さすぎて，地球からは，大きさ
も形も表面の様子もわからない．
y ＣＧは全て予測（想像）に基づくもの．
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本物の写真（2002年7月）
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本物の写真（2002年7月）
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本物の写真（2002年7月）
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本物の写真（2003年7月）
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本物の写真（2003年7月）
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本物の写真（2004年7月）
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本物の写真（2004年7月）
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「はやぶさ」からのデータ
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「はやぶさ」からのデータ
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「はやぶさ」からのデータ
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「はやぶさ」からのデータ
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「はやぶさ」からのデータ
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「はやぶさ」からのデータ
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放出された「ミネルバ」
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「ミネルバ」からのデータ
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おわりに
y サンプル採取
– 1回目 11月19日
– 2回目 11月25日
y 地球に帰還するのは，2007年6月．
y 成功すれば，世界初の大偉業．
y 皆で見守ろう．成功を祈ろう．
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RoboCup全般の紹介の残り
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RoboCupの位置付け
y ロボットは今，工場から一般社会に出よう
としている.
y いきなり実用は無理.
y RoboCup：一般社会に出る前の練習.
‒ 環境は工場ほどは整備されていない.
たとえば，邪魔する相手がいる.
‒ 一般社会よりは簡単.
たとえば，色が単純.
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なぜサッカーか？
y 適度な難しさと易しさ.
y 両チームが入り混じり，攻守がダイナミック
に入れ替わる.
y ルールが明快
‒ たとえば，野球と比べて
y 低い身体能力でも表現できる.
‒ たとえば，バスケットボールと比べて
y 世界中で人気があるスポーツ
‒ 「ロボットであろうとサッカーと名の付くものは
勝たねば…」
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ロボットサッカーの難しさ
y
y
y
y
リアルタイム性
多数対多数
情報は部分的かつ不確実
身体性（頭脳だけではできない）
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リアルタイム性
y 瞬時の判断が必要．
y 状況は，刻一刻変化しており，長考して答
の出たときには，状況は変化しているかも
しれない．
y 時間をかけて最適解（もっとも適切な行動）
を得るよりも，許される時間の範囲で準最
適解（まあまあ適切な行動）を得ることが
求められる．
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多数対多数
y 味方がたくさんいる．
‒ それぞれが独立して行動．
‒ 協同で目的を達成する．
‒ 役割分担．
y 相手もたくさんいる．
‒ 動的な環境（動く障害物）．
‒ 積極的に邪魔をしてくる．
y 場合の数が膨大．
‒ あらかじめ全ての場合を想定したプログラム
は作れない．
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情報は部分的かつ不確実
y たとえば，チェスでは，全ての情報は明確
にわかっている．
y RoboCupでは，情報源はロボットに搭載さ
れたセンサ．
y 他のロボットの向こう側は見えない．
y 遠いところは正確には見えない．
y 実機では，ノイズの問題もある．
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身体性（頭脳だけではできない）
y チェスでは，状況から次の手を決めさえす
ればいい．
y ロボットサッカーでは，判断をするだけでな
く，それを実現するハードウェアも求められ
ている．
y ソフトウェアとハードウェアのバランスの取
れたシステムが必要．
y 人工知能とロボティクスの融合．
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RoboCupの目標（１）
「西暦2050年までに
人間のサッカー
世界チャンピオンチームに
勝てるロボットチームを作る」
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RoboCupの目標（２）
y 「２０５０年」というのは後付け．
y 根拠
‒ ライト兄弟が飛行機を作ってから，人類が月
に行くまでに約50年．
‒ コンピュータが開発されてから，チェスの人間
のチャンピオンに勝つまでに約50年．
y 科学技術は急激に進歩している．
y 問題の困難さは明確になっていない．
y しかし，「大きくて明確な目標」は重要．
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RoboCupの目標（３）
y 「人間と戦う」というのも後付け．
y 現段階でも，たとえば，弾丸シュートを撃つ
機械は可能であろう．
y 単に相手を負かせて点を入れるということ
でなく，人間に「相手と認めさせる」ロボット
を作る必要がある．
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RoboCupの目標（４）
y 「相手と認めさせる」とは，人間と共生する
ロボットを求めている．
‒ 人間に危害を与えない．
‒ 人間に恐怖を与えない．
‒ 人間とコミュニケーションできる．
‒ 人間と場を共有できる．
y より高い目標として，ロボットと人間の合同
チームでプレイをするという問題も重要．
共生がより求められる．
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RoboCupの発展から得られるもの
y 自律性の高いロボット
‒ 一瞬の判断能力に優れる
‒ 多様な状況にタフに対応できる
y 複数台で協調して働くロボット
‒ 中央集権ではなく自律分散で
‒ 1台が不調でも他が補う
y 人間と共生するロボット
‒ 人間が安全で安心な
‒ 人間とコミュニケーションできる
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RoboCup全般のまとめ
y
y
y
y
y
自律型ロボット
研究者のための競技
ロボットと人工知能の標準問題
大きな目標 「2050年に…」
国際的な草の根プロジェクト
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RoboCup出場チームの実際
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小型リーグのルールの概要
y
y
y
y
y
y
フィールドの大きさ：4.9ｍ×3.4ｍ
ロボットの大きさ： 直径180mm以内
ロボットの台数：5台/チーム
ボール：ゴルフボール
前半10分，後半10分
フィールド上空にカメラを設置できる．
「天井カメラ」と呼んでいる．
（ロボットにカメラを積まなくてもいい）
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フィールドの大きさ
３．４ｍ
４．９ｍ
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「天井カメラ」
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チームＯＭＮＩの歴史
y
y
y
y
y
y
y
y
y
1998年： RoboCupへの取り組みを開始
1999年： チーム名決定
2000年： ジャパンオープン 準優勝
2001年： ジャパンオープン 3位
2001年： 世界大会（シアトル）予選落ち
2002年： 世界大会（福岡）予選落ち
2003年： ジャパンオープン（新潟） 前半準優勝
2004年： ジャパンオープン（大阪）予選落ち
2005年： 世界大会（大阪）
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システム構成
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旧ロボット
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新ロボット
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新ロボット
→実体投影機で本物を
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全方向移動機構
y 前後，左右，回転の３自由度の動きを同時
に実現できるメカ．
y 自動車などの普通の車輪を用いた場合は
真横に動くことができない．
y オムニホイールという特殊な車輪を用いる．
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ロボットを下から見たところ
オムニ
ホイール
モータ
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オムニホイール
駆動力
横方向力ゼロ
（空回り）
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前へ進むとき
50
横へ進むとき
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キックデバイス
y 高電圧をコンデンサに蓄え，電磁石に一気
に放出し，鉄心を引き込む
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視覚
y チームＯＭＮＩは，もともと，小型リーグで敢
えて天井カメラを用いずに，搭載カメラだけ
を利用するコンセプトで始めた．
y 搭載カメラのことを「ローカルビジョン」，
天井カメラのことを「グローバルビジョン」
と呼んでいる．
y 現在は，「擬似ローカルビジョンシステム」
を使っている．
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全方位視覚
y Omni-Directional Vision
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ローカルビジョンの問題
映像を電波で伝送
混信などの
映像伝送の
不具合に
非常に弱い
現時点では小型ローカルビジョンは技術的な困難が大きい
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擬似ローカルビジョン
画像
ローカル情報
疑似ローカル
ビジョン情報
天井カメラの映像を用いて
疑似的に搭載カメラで得られる情報を生成
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ビデオ（1分9秒）
y 擬似ローカルビジョンの説明
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障害物検知
原画像
AND演算
2値化処理
テンプレート
障害物有無の判断 移動可能領域の検出
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自己位置推定
原画像
境界の抽出
2値化処理
θ = −ψ , − ψ + π
凸包処理
床面上へ投影
w
x = − x cosθ + y sin θ
w
y = − x sin θ + y cosθ
自己位置の推定
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行動決定
y 小型リーグのルールでは，フィールド全体
の状態を把握して，単一の知能で全ての
ロボットの行動を決めることが可能（中央
集権的）．
y それは，人間のサッカーとは異なる．
y チームＯＭＮＩでは，個々が自分のセンサ
情報で行動決定するという設定にしている
（自律分散的）．
y 他のリーグでは，ルールでそうなっている．
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自律分散
y RoboCupの世界では色で物体識別が可能．
y ロボット1台であれば，
– オレンジ色（＝ボール）に向かって進み
– 黒いもの（＝ロボット）があったら避けて
– 近くなったら，青色（または，黄色＝ゴール）の
方向へキック
y 2台以上を同じプログラムで動かすと．．．
→団子サッカー
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協調の実現
y 「自分からボールまでの距離」をロボットが
互いに通信によって連絡．
y 距離の順位によって行動を切り替え．
y 団子サッカーはなくなった！
y 実際にはもう少し工夫している．
y 前回ビデオで紹介されていた中型リーグ
慶応大学チームの方法も同類．
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アイコンタクト？
y この方法はロボット間の「通信」を前提とし
ている．また，ロボットの適切な位置を決め
ているに過ぎない．
y 人間は，そんなことをしていない．
y アイコンタクトをロボットで実現するには？
y 現在は，ロボットの知能（プログラム）の中
で，「プレイのモデル化」ができていない．
y これが今後の研究課題！
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ビデオ（9分27秒）
y RoboCup2005におけるＯＭＮＩチームの
ダイジェスト
y 大阪大学 宮崎研究室編集
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RoboCup2005における成績
y
y
y
y
y
y
予選Ｄグループ
対OsaYans(日本）
2-1
対Eagle Knight（メキシコ）
2-2
対Cornell BigRed（アメリカ） 0-3
対vienna cubes（オーストリア） 1-6
1勝2敗1分．グループ中4位，予選落ち．
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RoboCup2005の総括
y
y
y
y
新型ロボットを投入
新しい天井カメラシステムを導入．
基本性能はアップ．
時間が足りず，システム全体をうまく動か
すための調整が不十分．
y 大会中にさまざまなバグが発覚．
y 今回の経験を糧に研究を進めて，
次の機会に挑む．
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ビデオ（2分40秒）
y 小型リーグ 決勝戦
y ドイツ ベルリン自由大学 FU-Fighters
vs
アメリカ コーネル大学 Cornell BigRed
y タイのPlazma-Zチーム編集
y 現在の小型リーグの最高レベルの試合
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お知らせ
y メディアコンピュータシステム学科の2年生
の学生実験では，小型リーグのロボットを
利用する予定.
y 升谷研究室のプレゼミ（2年後期）のテーマ
として，サッカーシミュレーションを検討中.
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メンバ募集
y 学科・学年を問わず，一緒にRoboCupに参
加する学生を募集中.
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