2016 Fiscal Year Research-status Report
３次元運動により障害物利用推進を行うヘビ型ロボットの開発
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15K05898
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
亀川 哲志 岡山大学, 自然科学研究科, 講師 (80432623)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヘビ型ロボット / ３次元運動 / 螺旋捻転運動 / 反射行動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘビ型ロボットは細長い構造であるので狭隘地や複雑な構造物に進入して探索をするロボットとしての応用が期待されている．これまでにも多種多様なヘビ型ロボットが研究開発されているが複雑な環境で適応的に移動できるヘビ型ロボットは実現されておらず，これが実用化にむけた大きな障害であると考えられる．そこで本研究では身体性認知科学の枠組みを利用する．身体性認知科学において特徴的な枠組みの１つに，センサからの入力を複雑な思考や計画なしにダイレクトにモータ出力へとつなぐ反射的な行動がある．一方，これまで研究開発されてきたヘビ型ロボットは環境とインタラクションをするためのセンサを実装しているものはほとんどなく，反射的な行動によりヘビ型ロボットを推進させる研究報告はほとんどない．我々はこれまでの研究において，２次元平面内において反側抑制と呼ぶ反射行動により障害物が密に存在する環境下において効率よく移動するヘビ型ロボットのアルゴリズムを提案し，接触センサを搭載した２次元ヘビ型ロボットによる検証を進めているところである．そこで本研究ではさらにこれを推し進め，環境とインタラクションするための接触センサを備えた３次元ヘビ型ロボットを構築し，あるリンクに接触刺激があった場合の反射的な振る舞いについて効率的な入出力パターンを見つけ出す．これにより，環境中の障害物を避けるのではなく，障害物を積極的に接触しながら推進するヘビ型ロボットを実現するための枠組みを明らかにする．研究の初期段階においては，物理シミュレータ上に構築したヘビ型ロボットのモデルを使って，反射行動の基本的な方向性を検証する．その後，実機実験により実環境での反射行動により障害物利用推進を行うヘビ型ロボットを実現する．平成２８年度においては，ロボットの全周の圧力を測定可能な３次元ヘビ型ロボットを試作して，配管内移動実験を行った．
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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
平成２８年度においては，３次元運動を行うヘビ型ロボットの新たなモーションとして，螺旋縦波運動を提案した．螺旋縦波運動では，基本となる常螺旋形状に双曲線関数を重畳することで，ヘビ型ロボットの体の一部の巻き付き半径が大きな部分を形成し，これをロボットの尾部から頭部に伝達することで，ロボットの体幹に対して接線方向に移動することが可能となる．提案手法をシミュレーションで再現することにより，分岐のある円柱状の物体の外周に沿ってヘビ型ロボットが移動する際にも，これを乗り越えられる可能性を示した．
また，３次元運動を行うヘビ型ロボットの外殻を設計し，これにシート状の圧力センサ（CoP (Center of Pressure )センサ）を貼り付けることで，リンクの全周の圧力を測定できるようにヘビ型ロボットを改良した．CoPセンサにより，ヘビ型ロボットの体幹円周の360度のどの位置にどれくらいの圧力がかかっているのか測定することができる．測定した値はPCへ伝送され，センサの値を座標変換することで，ヘビ型ロボットのCGモデルにベクトルとして表示されるようなユーザインタフェースも構築した．
CoPセンサを実装したヘビ型ロボットの試作機を用いて，内径200mmの配管内部を移動させる実験を行った．配管の全長は7mであり，途中に2カ所の曲管部と，1カ所のゲートバルブを有する．試作したヘビ型ロボットにより，この実験用の配管の内部をCoPセンサのデータを取得しながら螺旋捻転運動で走破することを達成した．さらに，CoPセンサの値を活用することで，ヘビ型ロボットが曲管部を認識するシステムを提案して，実験により，その有効性を検証した．しかしながら，まだセンサ情報に基づいて反射的な振る舞いを生成するヘビ型ロボットの実機実験による検証にはいたっていないので，来年度においてこれを実験する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度においては，前年度において試作した３次元ヘビ型ロボットのすべてのリンクに接触センサを搭載する予定である．これにより，ロボット全身で環境との接触の圧力が測定可能となるため，これまでに提案したアルゴリズムをロボットに実装して，３次元的な反射運動を行うヘビ型ロボットの実機実験を行う予定である．なお，すでにロボットシステムはROS化されているため，実験データのログは取れる状態にある．また，可能であればロボットを防塵防水仕様へ改良することにより，実プラントの配管や下水配管など，なるべく実環境に近いフィールドにおいて動作試験を行い，その有効性を検証したい．
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| Causes of Carryover |
当初計画どおりに接触センサの実装とロボットの改良を行ったが，接触センサの実装はロボットの全リンク数の半数にとどまり，また改良に伴う高額な部品の手配が特に必要でなかったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度において，既存のヘビ型ロボットに全体的に接触センサを搭載するために予算を使用する．
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