2020 Fiscal Year Annual Research Report
Rheology Robotics Based on Deformation Control with High Backdrivability
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20H02110
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
妹尾 拓 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10512113)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 知能ロボティクス / 機械力学 / 感覚行動システム / 力制御 / ロボットマニピュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究成果をサブテーマごとに以下に示す．
(A) 変形モデルに基づく力制御手法の確立：ロボットハンドのように慣性が小さく関節摩擦が相対的に大きい機構に対してモデルベースの力制御手法を適用すると，パラメータ誤差の影響により挙動が不安定になる．この問題を解消するため，変形モデルから導出される目標位置を陽に計算し，力フィードバック制御系の内部に位置制御系を組み込んだ二重構造制御系を提案した．これにより，塑性変形に基づく受動的な緩衝軌道を生成すると同時に，パラメータ誤差に起因する振動の抑制が可能となった．
(B) 低摩擦特性を有する高バックドライブロボットの開発：磁石歯車を利用したグリッパを開発した．磁石による非接触のトルク伝達により物理的摩擦を無くすことで，出力軸側に負荷が加わった際にわずかなトルクで逆回転し，従来のロボットに比べてバックドライバビリティの高い柔軟な動作が可能である．機構全体を剛体で構成しているため制御が容易で高精度な位置決めも実行しやすい．指先側面あるいは掌に対して負荷が生じたときに受動的に両指が内側へスライドする機構を設計し，衝撃から把持動作への移行を効率的に実行できる構造となっている．
(C) 低衝撃高速マニピュレーションの実現：ロボットハンドの指モジュールに対して二重構造制御系を実装することで，ヒトがロボットを押したときに滑らかに動作するインタラクションタスクを実現した．提案した制御系に関する比較実験をおこない，安定した外力緩衝が可能であることを実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は，個別デバイスの開発や試作システム構築を中心におこなった．並行して，力制御ロバスト化の理論提案とインタラクションタスクによる実機検証をおこなった．サブテーマごとの状況も当初の計画以上に進展しており，順調に研究が進んでいる．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策について，次年度では統合システムの開発および制御手法の実装とタスク遂行を並行しておこない，サブテーマごとに以下の方針で進める．
(A) 変形モデルに基づく力制御手法の確立：力センサは一般的にノイズが多く，指モジュールに対してサイズが大きい．また，接触点推定も同時に行う必要があるため力推定の精度が十分とは言い難い．これらの問題を回避するため，高分解能エンコーダで計測したバックドライブの回転量から接触力を推定し，力センサレスで高精度化可能な変形制御則を導出する．
(B) 低摩擦特性を有する高バックドライブロボットの開発：これまでに開発したロボットハンド・グリッパを改良しながら全体システムをブラッシュアップする．また，デバッグ/評価用として高速度カメラを導入し，特に衝撃吸収の瞬間に関してスローモーション映像によりインタラクション挙動を目視かつ画像解析で検証することで効率的に実験を進める．
(C) 低衝撃高速マニピュレーションの実現：机上に置かれた物体に対して，グリッパを減速せずに上方から振り下ろす形で高速に把持する突き指グラスピングを実現する．開発したグリッパにより衝撃力を関節で吸収しながら両指を受動的に閉じる動作を積極的に利用することで，衝撃緩衝と高速把持の両立を目指す．
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