2019 Fiscal Year Annual Research Report
Constraint satisfactory integrated control for multi-legged robots
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19H02108
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
稲垣 伸吉 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80362276)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 知能ロボティクス / 知能機械 / 移動ロボット / 多脚移動 / 分散制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、災害地のような未知で複雑な不整地環境を、柔軟にかつ頑健に移動することができる多脚移動ロボットの実現を目指し、歩行制御、接地点計画、局所適応制御、および耐故障制御の種々の機能と、それらを矛盾なく統合して実行できる制約充足型統合制御の開発、そして多脚移動ロボット実機の開発と実証実験を行うものである。平成31年（令和元年）度は以下の３項目を実施した。
(1)各脚が障害物に衝突したり、脚が引っかかったりする場合に対応するために、脚先センサと反射制御を研究開発した。まず、感圧導電性ゴムと電気回路と樹脂を同時に成形できる３Ｄプリンタを用いて接触センサを作成した。そして、接地点追従法にセンサが反応した際の局所ループを設けること反射制御を実現した。実機実験により10％以上の段差踏破率の向上が明らかになった。
(2)多数の局所制御を矛盾なく統合するための制約充足型統合制御：Timekeeper制御を6脚移動ロボットに実装して評価した。Timekeeper制御とは、各制御モードにおいて歩行継続を保証する滞在許容期間をモデルにより求めた上で、実際のロボットの挙動から滞在時間を観測し、許容期間に収まるようにロボットの挙動を調整する適応制御である。複数の環境における実機実験により平均45％の不整地踏破率の向上が明らかになった。
(3)6脚およびムカデ型ロボットを開発し実機実験を行った。ムカデ型ロボットにおいてはコントローラ間をCAN通信により接続し分散制御を行った。全長70[cm]に対して旋回半径70[cm]での歩行が可能であり、受動体節間関節を用いたロボットと比べて運動能力が向上していることを確認した．また， 階段環境の踏破性能を実現出来ることを明らかにした。
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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
本研究の実施項目は、１．射制御と接地力制御からなる局所適応制御の開発、２．故障検出と故障診断、および故障を補償する耐故障制御の開発、３．形式検証を活用した無限定環境における仕様の検証法の開発、４．局所制御系を統合する制約充足型統合制御の開発、５． 6脚、8脚、ムカデ型の多脚移動ロボットの開発と実証実験の５つである。平成31年（令和元年）はこのうち、項目１、４，５（研究実績の概要(1)(2)(3)にそれぞれ対応）を実施した。項目1についてはメーカーによる３Ｄプリンタのサポート終了により、進捗が遅れている。３Ｄプリンタを使わない別の脚先センサの開発が必要である。項目４についてはTimekeeper制御の枠組みは完成し、実機実証による有用性も示すことができた。他の局所制御の組み込みや他のロボットへの適用も可能な状況である。その意味で当初の計画以上に進んでいると言える。項目５については6脚ロボットについては複数の形態を開発し実験を行えた。一方でムカデ型ロボットについては構造や制御基板、通信形式に改善が必要であることが分かった。脚数の差によって違いはあるものの、本項目については概ね順調に進展したと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度は、次の５つの項目を実施する。１．射制御と接地力制御からなる局所適応制御の開発、２．故障検出と故障診断、および故障を補償する耐故障制御の開発、３．形式検証を活用した無限定環境における仕様の検証法の開発、４．ヒューマンインザループにおける操作インターフェースの開発と自律歩行のための評価関数の導出、５． 6脚、8脚、ムカデ型の多脚移動ロボットの開発と実証実験を進める。
項目１については、電気回路と樹脂を同時に成形する３Ｄプリンタを使わずに新たな脚先センサを設計する。そして、局所制御として反射制御のみではなく、接地力制御や干渉回避制御なども研究する。項目２については脚が故障しても歩行を継続するための制御を、形式検証とTimekeeper制御を用いて開発する。そして、新たに開発する6脚と8脚のロボットに適用してその有用性を評価する。項目３については脚動作のモデルを改善して多様な動作を許容させることにより、ロボットの不整地踏破能力の向上を目指す。また、滞在許容期間の導出アルゴリズムの改良を行い、滞在許容期間導出に掛かる計算時間の短縮を目指す。項目４は新たに追加した項目である。人を制御系の中に介入させるために、拡張現実を利用した人の操作インターフェースを開発する。そして、実験を通して得られた人の操作データからロボットが自律的に歩行計画する際に必要な評価関数を導出する手法を開発する。項目５については接地点追従法に適した6脚ロボットの形態について更に探求し、明らかになったムカデ型ロボットの問題を改善する。また、8脚ロボットも開発し、さらに多様な形態を検証する。
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