2020 Fiscal Year Research-status Report
Motion/Force Control of Humanoid Robot Based on Reaction Null Space
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17K00371
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
佐藤 大祐 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (40344692)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
Dragomir Nenchev 東京都市大学, 理工学部, 名誉教授 (80270809)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 知能ロボティクス / モーションプランニング / ヒューマノイドロボット / モーション・フォース制御 / 反動零空間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒューマノイドロボットが実用的な力作業を実現するためには、全身の姿勢を維持しながら、作業対象、環境、利用する道具、そのほかの作業条件に適した全身運動を実現できるモーション・フォース複合制御法の開発が重要である。本研究課題では、作業のために接触部における力と運動の同時制御と、転倒を回避しつつ力作業に適した全身姿勢を積極的に活用する姿勢維持制御の両立が必要とされるため、幾何学的冗長性を有するヒューマノイドロボットの四肢に対して、反動零空間（Reaction Null Space: RNS）に基づくモーション・フォース複合手先動力学制御手法（以降：RNS手先動力学制御手法）を開発し、シミュレーションでの理論検証と、実際のヒューマノイドロボットによる実作業実験での有用性検証を目的としている。
最終年度とした令和2年度の研究計画では、これまでに開発してきたヒューマノイドロボットが全身の姿勢を維持しながら、作業対象、環境、利用する道具、そのほかの作業条件に適した全身運動を実現可能な反動零空間に基づくモーション・フォース複合手先動力学制御手法を、シミュレーションによって検証することを継続しつつ、実際のヒューマノイドロボットによる力作業に適用し、その有用性を検証する計画であった。
しかし、コロナ渦による緊急事態宣言下において、所属機関での活動制限と関係業者との連携悪化が要因となり、実際のヒューマノイドロボットによるすべての実験実施を断念した。その代わりに、（1）用具を用いた床面や壁面の清掃作業に対するモーション・フォース複合制御および反動制御と、（2）より複雑な作業環境下での力作業を実現するため、全身運動の制御モデルに接触摩擦を考慮した接触レンチ分配手法GIWC-GIによるモーション・フォース複合制御と内力制御の、二つのシミュレーションによる理論検証を行い、その有効性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
令和2年度の研究計画では、これまでに開発してきた反動零空間に基づくモーション・フォース複合手先動力学制御手法を、シミュレーションによって検証することを継続しつつ、実際のヒューマノイドロボットによる力作業に適用し、その有用性を検証する計画として、具体的に以下の4項目を実施予定であった。
（1）片腕・両腕を用いた壁面の清掃作業に対するモーション・フォース複合制御および反動制御の実機実験
（2）傾いた斜面上や複数の接触面内など、複雑な作業環境下での力作業を実現するため、全身運動の制御モデルに接触レンチ分配手法GIWC-GIを導入したモーション・フォース複合制御と内力制御の導入とそれを用いた実機実験
（3）RNSに基づく冗長解法を利用した全身運動と四肢の接触レンチ制御によるヒューマノイドロボットの制御コントローラを開発し、実機実験による有用性の確認
（4）ステップや歩行を伴う片腕・両腕を用いた窓やホワイトボードの清掃作業やテーブルや机拭き作業への開発した制御手法の適用
しかし、コロナ渦による緊急事態宣言下において、所属機関での活動制限と関係業者との連携悪化が要因となり、実際のヒューマノイドロボットによるすべての実験実施を断念した。その代わりに、（1）と（2）のシミュレーションに関する課題内容をより向上させることに計画を変更し、用具を用いた床面や壁面の清掃作業に対するモーション・フォース複合制御および反動制御と、接触摩擦を考慮した接触レンチ分配手法GIWC-GIによるモーション・フォース複合制御と内力制御の、二つのシミュレーションによる理論検証を行い、その有効性を確認した。成果の着実な進展はできたと考えているが、前年度に計画した3割程度の実現内容であり、自己点検の評価は低い。
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| Strategy for Future Research Activity |
再々延長後の令和3年度の研究計画では、前年度に検討した研究計画で実施が困難であった実際のヒューマノイドロボットによる力作業実験を、その課題内容や実施体制を再調整して取り組むこととし、具体的には、以下の3項目の課題実施を予定する。
（1）片腕・両腕・道具を用いた、床面や壁面の清掃作業に対するモーション・フォース複合制御および反動制御の実機実験
（2）接触摩擦を考慮可能な接触レンチ分配手法GIWC-GIによるモーション・フォース複合制御と内力制御とRNSに基づく冗長解法を利用した実機実験による有用性の確認
（3）ステップや歩行を伴う片腕・両腕を用いた窓やホワイトボードの清掃作業やテーブルや机拭き作業への開発した制御手法の適用
ただし、計画時点でコロナ渦による緊急事態宣言は継続しており、ワクチン接種の状況での好転を考慮しても、今後の予定は不透明と判断せざるを得ないため、（1）と（2）の実験実施を優先し、（3）については、追加の研究目標として可能な範囲で実施することを目指す。
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| Causes of Carryover |
平成30年度の1年間、研究代表者が所属機関における教員特別長期研修派遣による本研究課題の活動の一時中断と、令和2年度のコロナウイルスによる社会情勢の変化が、当初の本研究課題の研究計画の大きな変更と次年度使用額の生じた理由である。
令和3年度は、当初の研究計画にある費目別の使用額に添って実施することで進めるが、小型人型ロボットの機構部品費および製作費、そのほかの実験用機械・電気電子部品費などを年度前半での支出とできるように進め、コロナウイルスの影響をできる限り低減させるよう、適宜改善を図って、研究課題を遂行する。
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