2021 Fiscal Year Research-status Report
複雑環境における３次元ヘビ型ロボットの適応的振る舞い生成
| Project/Area Number |
20K04380
|
|---|
| Research Institution | Okayama University |
|---|
Principal Investigator |
亀川 哲志 岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (80432623)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ヘビ型ロボット / 形状ベースコンプライアンス制御 / 圧力センサ |
|---|
| 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．本研究にこの障害をクリアできれば，災害発生時には倒壊した建築物内部を移動して要救助者の探索をしたり建築物の損害状況を調査したりするヘビ型ロボットの実現，ならびに，平常時には工場などで配管内の点検を行うロボット技術に応用されることが期待できる．
本研究の目的は，ヘビ型ロボットを移動させるためのモーションを事前計画することなく，ロボットと環境との力学的相互作用の中で適切に移動するためのモーションを創発的に生成することである．一般の移動ロボットの運動生成においては，障害物を避ける運動が計画されることが多いが，本研究においては障害物との接触により生ずる反力を積極的に利用して推進するヘビ型ロボットの実現を目指している．これは，ヘビ型ロボットの適用が期待されるのは狭隘な環境であり，環境との接触による相互作用は不可避であるからである．環境との接触を積極的に利用して推進するヘビ型ロボットが実現されれば，本来期待されている用途でのヘビ型ロボットの実用化が加速すると考えている．そのため，本研究では３次元運動が可能なヘビ型ロボットのすべてのリンクに全周の圧力を測定するためのセンサを搭載し，このセンサ情報を利用した局所的アドミッタンス制御により適応的に複雑な環境を走破するヘビ型ロボットの実現を目指している．これまでに，アドミッタンス制御を応用した形状ベースのコンプライアンス制御をヘビ型ロボットのシミュレータと実機に実装し，狭隘な環境や配管環境での推進実験を行っている．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度において計画どおり下記の内容を実施した．前年度において基本的な検証をおこなったアドミッタンス制御を応用した形状ベースコンプライアンス制御(Shape-Based Compliance control, SBCと略される)について，途中で径が変化する配管内を螺旋捻転運動で移動するヘビ型ロボットへの適用を行った．ここで，活性化ウィンドウを用いた形状関数による区間的な制御を加えることで，SBCによる形状変化の影響をヘビ型ロボット先頭から最後部までの特定の区間に対してのみ及ぼすことができるようになるが，本研究ではヘビ型ロボットを前半分と後ろ半分の領域に分け，さらに前後の領域の間に中間部分を導入した．特に中間部分においては，前後の螺旋形状を幾何学的にスムーズに接続できるように半円状の形状として設計する．これにより，SBCを用いて適切に配管内で形状を変化させながら移動できることをシミュレーション実験により確認した．さらに2021年度においては新たな問題設定として，密集配管の間を移動するヘビ型ロボットの制御方策についても検討を行った．ここでの密集配管は，地面にたいして平行な配管を，鉛直方向に等間隔に配置したもので，この配管の間をジグザグにぬうようにヘビ型ロボットが移動する．従来の研究のように，単にジグザグとなるヘビ型ロボットの目標形状を時系列データとして更新していくだけでは，ロボットの目標形状と配管の配置との形状との間にわずかな齟齬があるだけで，ヘビ型ロボットが目標形状を達成することができずにロボット関節に大きな負荷がかかってしまう．そこで本研究では，ヘビ型ロボットの関節に目標角度とトルクのハイブリッド制御を実装することで，目標形状に対してロバストなヘビ型ロボットの制御法を実現した．提案手法は，動力学シミュレータならびに実機を用いた実験によりその有効性を検証した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により，ある比較的単純な環境においてはヘビ型ロボットの形状を適応させることでその中を移動させることができるようになってきた．しかしながら，倒壊建築物の内部のような複雑狭隘な環境での有効性の検討はできていない．今後は，より複雑な環境での検証実験として，例えば凹凸の複雑な木にヘビ型ロボットが巻き付いて移動する場合などについて提案手法の実験を重ねる予定である．
|
| Causes of Carryover |
コロナ禍により，学会発表等の出張がなかったため，当初の予定より支出が少なくなった．この分の予算は次年度でのロボットメンテナンスや実験のための費用として使用する予定である．また積極的に学会発表も行う予定である．
|
