近接覚センサに基づく非接触の触探索動作による高精度物体形状認識手法の開発
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21K12072
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
鈴木 陽介 金沢大学, フロンティア工学系, 助教 (20582331)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 近接覚センサ / ロボットハンド / 形状認識 / マニピュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
食品や日用品など，形状モデルが事前に得られない対象物の精密把持を可能とするための，多指ロボットハンド指先の近接覚センシングに基づく全方位・高精度・高密度の3D形状モデル構築手法の実現を目的とする．これにより，従来の認識技術における死角・隠蔽の存在や所要時間の長さの問題を解決する．本研究課題では，階層的な近接覚情報処理システムの導入を行い，対象物近傍にて安定的な非接触の触探索動作を生成する運動制御アルゴリズムと，リアルタイムで精密な3D形状モデルを構築するための情報処理の統合的手法を開発する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、多指ロボットハンドの指先表面上に被覆実装可能な近接覚センサを設計・開発し、人の生活空間に多く存在する未知物体に対する高精度な3次元形状モデル構築を可能とすることである。研究課題として、主に、①未知物体との安全な接近・接触を制御しながら形状情報を取得するためのセンサ開発、②精度良くかつ効率的に3次元形状を得るための多指ロボットハンドの動作計画に分類している。
課題①のセンサ開発として、昨年度に光学素子配置の設計および透明樹脂による被膜を完了したセンサ構造に対して、さらに次の改良に成功した：(a)物体形状をより詳細に取得するためのLED素子の追加実装、(b)物体形状推定への寄与が小さい部位の素子をTime-of-Flight方式の素子に置き換えた。特に改良(b)は重要であり、これまでの光の反射強度によって物体形状を推定する手法で欠点となる反射率の影響を、Time-of-Flight方式と併用することで補正するものである。ここで、上記補正を実行する条件ごとの補正精度に関する実験調査を行い、実機の把持プロセスを想定したアプローチ過程での最適な補正条件に関する研究成果を得た。
課題②の3次元形状取得について、昨年度に実装に着手した局所曲率推定と点群生成の繰り返し計算による高精度化のさらなる改善を進めた。これと並行して、非接触による探索動作を行う際に物体表面との成す角の影響を考慮した点群生成の補正の導入を行った。結果として部分的な精度向上は確認されたが、局所曲率推定には主にハードウェアに起因するばらつきの影響への対応が重要であるという課題が発見された。この課題はフィルタリングにより抑制可能だが、局所的な特徴形状の把握を困難にする可能性があり、このトレードオフを考慮した点群生成手法を新たな課題として研究を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究における課題として当初想定した4点（光学シミュレーションに基づくセンサ設計／動的キャリブレーションによる精度向上手法の開発／表面全体の効率的探索のための軌道生成アルゴリズム／関心領域の逐次決定と軌道修正アルゴリズム）のうち、1点目のセンサ設計は昨年度中に完了し、今年度さらに改良を行うことができた。2点目の動的キャリブレーションに関しては、当初予定していた物体の局所曲率およびセンサ―物体間の相対姿勢の影響を考慮した補正の実装が完了した。また、反射率の影響に関する補正のためのTime-of-Flight方式と併用したセンサの基礎検証が完了し、導入に向けて順調に進んでいる。3点目と4点目については最終年度の課題として取り組む予定であるが、触覚による探索で近年成果が挙がっている手法を参考に近接覚に拡張する方法の調査を進めている。
以上より、全課題のうち初期段階の2課題がまだ改善の余地はあるが完了しており、残りの応用段階の2課題に取り組む準備ができており、計画はおおむね順調に進行できていると評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最優先の課題として、物体形状の効率的かつ安定把持への寄与を考慮した探索軌道決定手法の開発に取り組む。複数の指先のセンサを用い、未知物体の表面形状を探索するという問題に対して、探索が未完了の部位へ向かう各指の動きが生成されるようにするとともに、局所形状として把持に適した部位をより詳細に探索するようなアルゴリズムを開発する。提案手法の評価は、今年度までに開発・改良したセンサを実装した実機実験により検証する。
上記と並行して、センサ設計および点群生成手法のさらなる改良・調整といった微細な点の補完を進める。Time-of-Flight方式と併せたマルチモーダル型センサを、その計測手順を含めて完成させる。点群生成におけるハードウェアに起因するばらつきを改善するためのハードウェアの調整・補正方法を検討する。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
