多様なタスクに対する脚型モジュラーロボットの形態と運動の自律分散的な適応
| Project/Area Number |
22K14219
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
早川 智洋 富山大学, 学術研究部工学系, 助教 (80910281)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | モジュラーロボット / 脚ロボット / 自律分散制御 / 自律分散システム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，これまでに申請者が独自に開発してきた脚型モジュラーロボットの不整地踏破および物体把持運搬タスクを対象とする．歩行運動を伴う両タスクにおいて，質量中心位置と支持多角形の幾何関係が歩行安定性を決定するという性質に着目することで結合体の形態と運動を適応するような自律分散制御則の構築を行う．さらに，自律結合機能を有する脚型モジュラーロボットを新たに開発し，構築した制御系の実験に用いることで，ロボットの自律的な形態と運動の適応を実証する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロボット間で物理的に結合可能なモジュラーロボットは，ロボット間の結合方式を変更することで結合体の形態およびその機能を変更可能である．モジュラーロボットにおいて，各ロボットが自律分散的にタスクに応じて結合体の形態と運動を適応させることは重要な課題である．本研究では，これまでに申請者が独自に開発してきた脚型モジュラーロボットの不整地踏破および物体把持歩行タスクを対象とする．歩行運動を伴う両タスクにおいて，質量中心位置と支持多角形の幾何関係が歩行安定性を決定するという性質に着目することで結合体の形態と運動を適応するような自律分散制御則の構築を行う．令和4年度の研究成果は以下のとおりである．
1．多様な不整地に対して，踏破に有利な結合体形態の理解に取り組んだ．まず，動力学シミュレータ上で，多様な不整地と多様な形態の多脚結合体を用意した．そして，多脚結合体の歩行パターンを事前に固定して不整地踏破シミュレーションを行った．これによって，多脚結合体の形態と不整地踏破性の関係を明らかにした．
2．多脚結合体が物体の安定把持と安定歩行を同時に達成する上で，各脚を把持用途・歩行用途のどちらの用途で用いればよいかについて調べた．まず，把持と歩行に対してそれぞれ幾何的な安定性の指標を定義した．次に，物体と多脚結合体の形態を固定した場合の脚用途の組み合わせを全通り用意し，数値シミュレーションに基づいて，各脚用途の把持安定性と歩行安定性を明らかにした．
3．不整地踏破および物体把持歩行タスクの実証実験を行うために，自律結合可能な脚型モジュラーロボットの実機の脚部を開発した．さらに，一本の脚を有するモジュール単体で直進・旋回運動を行うための脚先軌道を提案した．提案した脚先軌道によって，正確な移動ができることを実機実験にて実証した．
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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
不整地踏破タスクおよび物体把持歩行タスクをモジュール群が協調して遂行する上で，それぞれのタスクに共通してまずは各々の形態・運動がどのような場合に有利なのかを理解する必要がある．その後，得られた知見に基づいて有利な形態・運動を実現するような自律分散制御則を構築するという研究の流れになる．令和4年度には，多様な不整地を踏破する上で有利な結合形態を明らかにすることができた．さらに，その理由についても物理的な観点からおおよそ考察することができた．一方で，物体把持歩行タスクにおいても物体の把持と歩行を同時に行う上で有利な脚用途を明らかにすることができた．さらに，有利な脚用途に共通する点を考察することができた．
自律結合可能なモジュールの開発においては，まずは脚部を開発して正確な移動が実現できることを実証する必要がある．その後，結合相手モジュールへの正確な接近を実現すると共に強固な結合を実現するような結合機構の開発を行うという流れになる．令和4年度には，脚部の開発と正確な移動を実証することができたため，次の段階に進むには十分であると考えている．また，成果の一部は国際学会AROB-ISBC-SWARM 2023にて発表している．
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| Strategy for Future Research Activity |
不整地踏破タスクについては，令和4年度に多様な不整地を踏破する上で有利な結合形態を明らかにすることができたため，今後は不整地を認識するためのシステムと有利な結合形態を実現するような自律分散制御則の構築に取り組む予定である．さらに，不整地ごとに脚軌道を最適化することができないかを検証する．
物体把持歩行については，令和4年度に各脚用途の把持安定性と歩行安定性を明らかにすることができたため，今後は物体を認識するためのシステムと各モジュールが自身の脚用途を適切に決定するような自律分散制御則の構築に取り組む予定である．さらに，把持対象物体ごとに多脚結合体の形態を最適化することができないかを検証する．
自律結合可能なモジュール開発については，令和4年度に正確な移動を実機で実証することができたため，今後は結合相手モジュールへの正確な接近を実現すると共に強固な結合を実現するような結合機構の開発を行う．その後，自律結合を実証する予定である．
最終的には，各モジュールが自律分散的に結合することで不整地踏破タスクと物体把持歩行タスクを達成するような実機実験を行う予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
