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 東京オリンピック・パラリンピックでは、来場者や大会運営スタッフなどを支援するさまざまなロボットが活用される。その1つが、トヨタ自動車が開発した自律走行ロボット「FSR(Field Support Robot)」(図1)である1)

図1 トヨタ自動車が開発した自律走行ロボット「FSR」
図1 トヨタ自動車が開発した自律走行ロボット「FSR」
自律走行ロボット「FSR(Field Support Robot)」は、砲丸投げや円盤投げ、ハンマー投げなどの投てき競技で、選手が投げる投てき物を回収する作業をサポートする。写真はハンマー投げで使われるハンマーを回収する作業をデモンストレーションしている様子。(写真:日経クロステック)
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重量物を回収するスタッフの労力軽減

 FSRは、陸上競技の投てき種目でハンマーややり、円盤などの投てき物*1を回収・運搬する作業をサポートする。同社が工場内で使うAGV(無人搬送車)向けに開発した技術を応用している。

*1 投てき物
陸上競技で、物を投げてその距離を競う砲丸投げや円盤投げ、やり投げ、ハンマー投げなどの種目を総称して「投てき」という。これらの競技で選手が投げる砲丸や円盤などを「投てき物」と呼ぶ。

 FSR開発の狙いは、陸上フィールド競技をサポートする運営スタッフの労力低減だ。ハンマー投げを例にとると、投てき物であるハンマーの質量は男子で7.26kg。現状ではこのハンマーを、まずは落下地点からファウルゾーンまで運営スタッフが手作業で運び出し、さらにラジコンカーを使って所定の位置(選手の投てき位置近く)まで戻している。7kg以上にもなる重量物を運ぶ労力に加えて、「数十m先を走るラジコンカーの操作が意外と難しい」(トヨタの開発担当者)。

 これに対してFSRを活用したプロセスでは、運営スタッフが投てき物を運ぶ距離を落下地点からFSRに積み込むまでの2m程度まで縮められる。FSRは自律走行する機能を持っているので、ラジコンカーのように操作するスタッフはいらない。走行経路に人や障害物があれば、自動で回避する。

 具体的なプロセスとしては次のようになる(図2)。運営スタッフとFSRはフィールド上の待機位置で競技を見守っている。投てき物が落下すると、スタッフはそこまで小走りで向かう。その際、FSRは自律走行で追従していく。投てき物の落下地点では、スタッフが投てき物を持ち上げてFSRに載せる。すると、今度はFSRが単独で投てき位置付近まで自律走行していく。投てき位置では別のスタッフがFSRから投てき物を回収。その後、FSRは待機位置まで自律走行で戻る*2

図2 FSRを使って投てき物を回収する流れ
図2 FSRを使って投てき物を回収する流れ
FSRは、待機位置から円盤やハンマーなどの投てき物の落下位置まで、スタッフの後ろを2mの距離を保って追従して自律走行。落下地点でスタッフが投てき物をFSRに積み込む。FSRは選手が円盤などを投てきする位置まで自律走行して、スタッフが投てき物を回収。FSRは再び待機位置まで自律走行して戻る。走行中はスタッフや障害物を回避して走行する。(出所:トヨタ自動車)
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*2 落下地点と投てき位置の往復にはある程度の時間がかかるため、1回の競技につき2台のFSRを使用する。なお、大会では予備を含めて6台のFSRが用意される予定だ。

LIDARで地図を作成、カメラで認識する

 自律走行を実現するために、FSRは3個のカメラモジュールと1個のLIDAR(レーザーレーダー)を搭載している(図3)。カメラモジュールには、可視光カメラと赤外線ステレオカメラを搭載。2種類の可視光カメラで物体の存在を認識し、赤外線ステレオカメラで物体との距離を把握するなど組み合わせて使う。

図3 FSRが搭載するカメラモジュールとLIDAR
図3 FSRが搭載するカメラモジュールとLIDAR
自律走行を実現するために3個のカメラモジュールと1個のLIDAR(レーザーレーダー)を搭載する。スタッフに追従したり、障害物を回避したりするのにはカメラを使う。カメラを用いた物体認識には、トヨタが開発したAI(人工知能)を採用した。LIDARは、自車位置の推定や走行経路の構築に必要な地図の作製に使う。(写真:日経クロステック)
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 運営スタッフに追従して自律走行したり、障害物を回避したりするのはカメラだけで実現する。人や障害物などの物体の認識には、トヨタが開発したAI(人工知能)で精度を高めた。特定の人物に追従するのではなく、FSRに最も近い場所にいる人を追いかける仕組みにした。トヨタの開発担当者によると、「前方7m以内にいる人の存在を認識し、4mほどまで近づいてきた人を追従する対象としてロックオンする」という。ロックオンすると、FSRから対象者に近づいて2mの距離を保つように自律走行する。

 LIDARは、FSRがいる位置(自車位置)の推定や走行経路の構築に必要な地図の作成に使う。人への追従や障害物を回避する用途でLIDARを使わないのは、「LIDARはデータの処理負荷が高く高性能なコンピューターが必要になってしまう」(同担当者)ためだ*3

*3 FSRのコンピューターは手のひらサイズの市販品を採用したという。なお、FSRが搭載するリチウムイオン電池の容量は760Wh。市販の交換式のリチウムイオン電池パックを6個搭載しており、1回の充電で20km程度走行できる。