2018 Fiscal Year Research-status Report
autonomous level control of sub-crawler robot in motion
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18K04053
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| Research Institution | The University of Aizu |
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Principal Investigator |
成瀬 継太郎 会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (10301938)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | サブクローラ / 災害対応ロボット / 標準試験法 / ミドルウェア / シミュレータ / データベース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，サブクローラ型ロボットが不整地を移動する際のサブクローラの角度制御方式を開発することである．本年度はその実現のために，（１）実ロボットの遠隔操作システムの開発とソフトウェア工学的検討，（２）そのロボットのシミュレーションモデルと不整地モデルの開発，（３）人間の不整地操作特性の解析を行った．
（１）に関しては，このロボットは将来的に様々なデバイスやシステムと連携して動くことが要求されるため高い接続性が必要である．本研究ではロボットミドルウェアにOpenRTM-aistを導入し，それを達成した．そしてロボットの動作解析を行うための外部システムとして，操作と内部状態のログの保存するデータベースシステムと，動作の再生を行うシミュレーションシステムを開発した．また，UMLを用いてこの統合型システムのソフトウェア工学的な検討を行った．
（２）に関しては，実環境だけでなくシミュレーションによるコントローラの学習や解析が必要不可欠である．そこでChoreonoidと呼ばれるロボットシミュレータを統合システムに導入し，その接続方式を開発した．ChoreonoidはOpenRTM-aistと親和性が高く，RTCと呼ばれる制御ソフトウェアの接続先を変えるだけで，実ロボットにもシミュレーションロボットにも使えるため，本システムの用途に適している．そして，我々のロボットモデルと代表的な不整地をモデル化し，実行できるようにした．
（３）に関しては，不整地を標準的に表現するために，災害対応ロボットの標準試験法（Standard Test Method: STM）と呼ばれる手法とそのためのコースを導入し，試験を行った．具体的には我々が所持するSTM用のコースに加え，他の研究機関が所持するコース，さらにSTMに準拠したコースを含むロボット競技会に参加し，人間の操作特性を調査した．
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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
（１）実ロボットの遠隔操作システムの開発とソフトウェア工学的検討に関しては，様々な環境で運用可能な遠隔操作システムが完成した．これはロボット競技会であるWRC2018のインフラ・災害対応カテゴリーの災害対応標準性能チャレンジに参加し，トラブルなく最後まで競技に参加できた．そして人間の操作特性調査するために，この競技の最中のロボットオペレータ操作とそのときのロボットの内部状態を表すログを保存し，後からプレビューを行った．
また，遠隔操作システムのUMLを用いてソフトウェア工学的な考察を行い，システムの脆弱性への対応も行った．これにより堅牢なシステムが完成し，自動制御への対応が完成した．
（２）ロボットのシミュレーションモデルと不整地モデルの開発に関しては，我々のロボットと環境のシミュレーションモデルをChoreonoid上に開発した．これは今後の研究推進にとって重要であり，（A）開発するコントローラのロバスト性や極限状態での挙動をシミュレータ上で検証できるようになった，（B）様々な環境条件と初期条件での人工的なロボット制御データを生成することが可能になり，学習型のコントローラの開発が可能になった．また，我々のロボットモデルはオープンソースソフトウェアとして公開しており，WRC2018インフラ・災害対応カテゴリーのシミュレーション部門であるトンネル事故災害対応・復旧チャレンジのモデルにも採用されている．この部門にも参加し，シミュレータ上での不整地での挙動のデータを取得した．
（３）に関しては，災害対応ロボットの標準試験法（Standard Test Method: STM）コースを用いて，試験を行った．またこれらのコースを参考に，不整地の幾何学的モデリングとサブクローラ型ロボット運動学の検討を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果として，サブクローラ型ロボットを自動制御するためのソフトウェアシステムが完成した．今後の主たる課題は，サブクローラの自動制御方式の開発である．
次年度以降は不整地として標準試験法のコースを対象とする．そして，これを（１）幾何学的に簡略に表現した原理モデルを対象に，サブクローラが満たすべき拘束条件を明らかにする．そしてそれを満たす制御器を構築する．その後，それを（２）シミュレータ上に表現した仮想モデルに適用し，原理モデルに表現したときに省略した要素，また三次元的運動や外乱が制御器に与える影響を調査し，ロバストな制御器を開発する．さらに，その結果を（３）実物体としての物理モデルに適用し，実環境で安全なロボットであるかを検証する．
不整地のモデリングは標準試験法のコースを参考に，対称性，連続性，外乱性の観点から難易度を設定し，提案する制御器の安定性を議論する．まだ，重心位置などのロボットの機械的性質も安定性に影響を与えるので，複数のロボットを対象に検討を進める．
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| Causes of Carryover |
本年度に本研究に従事する予定だった博士後期課程の大学院生が年度途中で中退したため，当初計画のようには研究は推進できなかった．一方でサブクローラ型ロボットの遠隔操作システムと情報システムの開発は自己資金で進めることができた．
次年度は本事業でポストドクター研究員を雇用し，とくに制御器開発に関する研究を推進する．
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