2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Narrow Space Exploration Modular Robot using Soft Joint
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20K04403
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内田 敬久 愛知工業大学, 工学部, 教授 (20367626)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | モジュールロボット / 探査ロボット / 自動脱着 / 柔軟関節 / ジャミング転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、柔軟関節を有する狭隘空間探査モジュールロボットの開発を目的としている。本目的を達成するため、研究では「柔軟関節を有する小型モジュールの設計製作」、「分離接続のためのセンシングシステムの設計製作」、「形態変更を伴う移動方法の提案」の3つの重点項目を置き進めている。そこで、前年度試作した小型モジュールの結果をもとにジャミンググリッパを有する双腕型モジュールロボットの設計製作を行い、その特性を評価した。
柔軟関節を有する小型モジュールの設計において、モジュールロボットの設計を行った。モジュールロボットの接続機構はジャミンググリッパを先端に搭載した双腕型とすることで柔軟関節を実現した。アーム部分は３自由度とし、三次元的に任意の位置での接続に対応し自由度を高めている。移動機構は対向二輪型ロボットとし、モジュール単体による狭隘空間での移動と接続した複数モジュールによる移動能力の拡張を目指している。
分離接続のためのセンシングシステムの設計製作において、昨年度試作した圧力センサと真空ポンプによる把持力制御に電流センサとモータによるアーム制御を加えたシステムを構築し小型化のうえロボットに実装した。把持力制御からの信号を用いて逆運動学によりグリッパ位置から関節角を導出し各関節のローカルフィードバック制御とアーム全体のフィードフォワード制御を実現した。
形態変更を伴う移動方法の提案において、モジュール単体の移動性能評価とともに２台のモジュールの協調動作による段差移動方法を提案し評価した。接続用として搭載しているアームを用いて、モジュールを押し出したり、引き上げたりすることで、単体モジュールでは実現できなかった高さの段差の踏破を実現した。
以上より、柔軟関節を有するモジュールロボットの設計製作及びアームと移動性能の基本評価を行い、データを蓄積できた。
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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
本研究の進捗は、概ね計画通りである。柔軟関節を有する小型モジュールの開発において重要なモジュールロボットの設計製作、アーム制御設計と移動制御設計の3項目の研究を進めてきた。以下項目ごとの進捗状況を示す。
モジュールロボットの設計製作において、アーム機構、移動機構について試作検討を行った。ジャミンググリッパを3自由度の２つのアームの先端に搭載し接続機構を構成した。ジャミンググリッパにより様々な形状の物体把持を実現している。双腕型にすることで、把持力を高め、可動範囲を拡大し接続の自由度を向上させた。接続機構は、単体移動時の物体把持によるサンプル収集、障害物の移動などの活用も可能である。また、移動機構として対向二輪型を採用し、その場旋回など狭隘空間での移動に対応している。アーム動作を含む重心位置を考慮した搭載部品の小型化設計を行った。作製したロボットの大きさは192×435×133mmである。３台のモジュールロボットが製作完了している。
アーム制御設計において、接続の有無を判別する方法として、ジャミンググリッパの構造上先端に圧力センサを付加することは現状把持力の低下を招くためアーム関節に流れる電流を測定することで推定した。接続可能範囲は、上下・左右方向に対してそれぞれ150, 200mmを実現した。把持実験では、四角柱、円柱、球体、薄板、小石などの把持が可能であることを確認した。床面上の物体把持において反力によりロボット自身が傾いてしまうことへの対応が残された課題である。
移動制御設計において、モジュール単体の移動は、対向二輪型のロボットとして動作し、接続した２台のモジュールの移動は、協調動作する制御としている。段差移動ではアームを用いてロボットの重心位置を変更し踏破を実現している。現在のシステムではロボットの連携に時間がかかるため協調動作の改善が残された課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の進捗が概ね計画通りであるため、今後も引き続き計画通り進める。モジュールロボットの形態変更と柔軟関節を生かした踏破方法の提案を行う。分離時の単一モジュールの移動と他のモジュールとの連携制御、接続時のモジュールの連動制御についてシミュレーション及び実証実験により検証する。単一モジュールの移動は、柔軟関節ガイドによる移動方法を確立する。評価項目は移動性能とする。
実験を行う中で明らかになった課題があることから、モジュールロボットの改良を行う。主な改良点はアームの自由度と構成である。様々な実験ができるように改良したモジュールロボットを複数台製作する。また、分離接続を可能とするためにセンシングシステムを実装する。モジュールの判別・位置・姿勢測定のためのカメラやLiDARについては、研究室ですでに開発し所持しているロボットによりモジュールロボットの開発と並行して評価を行う。機械学習による接続対象ロボットや障害物の検知、地図生成を行う。
以上より、開発した柔軟関節を有する狭隘空間探査モジュールロボットの評価を行う。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は、今年度において設計製作したモジュールロボット単体及び２台の評価を優先し合計３台のモジュールロボットを製作した。したがって、製作台数が計画より少なく、モジュールロボットの製作費の一部が支出されなかったためである。このため、使用計画としては、翌年度分として請求した助成金とともに次年度において計画通りモジュールの開発費として予定している。また、研究発表を予定した学会がweb開催等に変更になったため、支出がなくなったためである。次年度精力的に発表および研究調査を行う予定である。
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Research Products
(4 results)
