Development of a full-body force sensing system for improving collision safety of multi-legged robots

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14692
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 梅本 和希 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (10734428)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 全身力覚センシング / 多脚ロボット / 拡張状態オブザーバ / 外乱オブザーバ

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は，多脚ロボットの移動時の安全性を高めるための，全身力覚推定システムの構築である.本システムはギャロップ走行などの早い移動時の衝突で故障しないものでなければならない.本システムは申請者らが過去に提案した直列弾性アクチュエータ(SEA)を備える多脚ロボットの力覚センサレス足先反力推定法を拡張して足先反力に加え胴部に働く力とモーメントを同時に推定し，さらに力とモーメント推定に基づく胴部への力が加わる位置の推定を組み合わせることにより実現される.推定法は2段階で構成され，1段階目は力とモーメントの動的推定，2段階目は接触位置推定である.また，開発したロボットに適用し，推定精度とリアルタイム性を検証する．
研究実施手順は以下の通りである.全身力覚推定法を構築し，まず1段回目の動的推定で要する計算時間と遅れ時間の計測を行う.2段階目の接触位置推定の計算時間の計測を行う.システム全体を統合し全身力覚推定システムの推定遅れと誤差を評価する.
令和3年度までの研究実績は下記の通りである．トーションバネを用いたSEAの小型化のために，ウレタンゴムを用いたSEAを設計制作し，制作したSEAの弾性評価試験を行った．またウレタンゴムSEAを用いた多脚ロボットの1脚に相当する3リンクマニピュレータを制作し，多脚ロボットの全身力覚センシングの予備実験として，力推定実験を実施した．次年度は全身力覚センシングシステムの有効性の実験的評価を行うための実験システムとして，ウレタンゴムSEAを用いた多脚ロボットを制作し，力覚推定性能の評価試験を実施予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究で用いたトーションバネを用いたSEAはサイズ・重量共に大きくなり，多脚ロボットの各脚が重くなってしまう課題があった．多脚ロボットが動的な運動を行うためには，脚重量は軽くなければならない．SEAの小型化のために，ウレタンゴムを用いたSEAを設計制作し，制作したSEAの弾性評価試験を行った．またウレタンゴムSEAを用いた多脚ロボットの1脚に相当する3リンクマニピュレータを制作し，多脚ロボットの全身力覚センシングの予備実験として，力推定実験を実施した．
次年度，多脚ロボットを制作し，構築した全身力覚センシングシステムの評価試験を実施可能な状況であり，おおむね順調に進展していると判断した．

Strategy for Future Research Activity

本研究のゴールである，直列弾性アクチュエータを用いた多脚ロボットの全身力覚センシングシステムの構築に関し，推定システムは構築が完了している．全身力覚センシングシステムの有効性の実験的評価を行うための実験システムとして，ウレタンゴムSEAを用いた多脚ロボットを制作し，力覚推定性能の評価試験を実施予定である．

Causes of Carryover

力覚センサの納品が年度内にできなかったため，翌年度分として使用しなければならなくなった．次年度使用額と翌年度分の請求助成金と合わせ，全身力覚センシングシステム検証のための多脚ロボットの開発費用に使用予定である．