Force-controllable robot hands based on dense force distribution sensing with realtime photoelastic analysis

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03963
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 前田 雄介 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (50313036)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 光弾性 / 力センシング / 力制御 / ロボットハンド

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，ハンドの構成部材に光弾性体を利用することで，密な接触力分布をリアルタイムにセンシング可能なロボットハンドの実現を目指している．2021年度には，シリコーン型を用いて気泡の混入を抑制しつつポリウレタン樹脂の光弾性体を製作する方法について検討し，製作品質を安定させることに成功した．また，製作した光弾性体を指リンクおよび掌部として利用する2自由度のロボットハンドを開発した．そして，偏光源としての液晶ディスプレイと500万画素のモノクロ偏光カメラを組み合わせた実験装置を製作し，ハンドと物体が接触した際の光弾性画像の取得を可能にした．さらに，DOLP (Degree Of Linear Polarization) 画像および AOP (Angle of Poralization) 画像を用いた位相接続に基づく応力解析を画素単位で行い，そこから接触面での接触力を計算することで，接触力分布をセンシング可能であることを確認した．市販力覚センサを用いた検証では，接触力の合力の計測誤差は0.1N以下であり，有効な力センシングが可能であることが示された．ただし，現状では接触力分布が単峰性であることを仮定しており，複雑な接触力分布への対応は今後の課題である．
2022年度以降は引き続き，多峰性の力分布のセンシング方法や力制御手法の開発，さらに，それらを利用した器用なマニピュレーションの実現に向けて研究を進めていく予定である．

Current Status of Research Progress

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

Reason

実機光弾性ロボットハンドを製作し，それを用いた検証実験の結果，本研究課題の基本コンセプトの妥当性を示すことができたため．

Strategy for Future Research Activity

現状の光弾性解析は接触力分布の単峰性を仮定しているので，多峰性に対応できるよう手法を拡張する．また，リアルタイム解析を可能にするための計算高速化にも取り組む．
光弾性フィードバックによる力制御を実現する方法についても検討し，力分布情報を活用したin-handマニピュレーションなどの器用な操りの実現を図る．

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの影響による研究室への入室人数の制限により，予定していた実験の一部が実施できなかったため，次年度に繰り越して実施し，必要な光弾性部材の購入に充当する計画である．