変形機構を有するロボットの3Dプリンタによる自動設計手法の構築

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K17828
• Research Institution: Future University-Hakodate
• Principal Investigator: 山内 翔 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 准教授 (60781200)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ロボット / 変形 / 最適化計算 / 自動設計

Outline of Annual Research Achievements

近年ロボットの社会的な利用が進むことに伴い，ロボットに行わせる仕事の内容は複雑化し，活動範囲は徐々に拡大してきている．これに対しそれぞれのタスクに適した身体構造は異なる場合があるため，本来であれば実行するタスクごとに最も適した身体構造で対処し，タスクが切り替わるごとにその身体構造を変化させることが望ましい．こうした身体構造の変化を利用する変形ロボットの需要はあったが，変形機構による複雑化，変形を扱う理論的基盤の欠如の2つの原因からこれまではごく限られた範囲の事例しか実現できなかった．
一方で3Dプリンタを活用した立体的内部構造によりロボットの設計を簡略化でき，最適化問題として計算機による自動設計を実現した申請者のロボット自動設計手法では，複雑化の問題を解決できる．またこれまでに変形に対する理論化も行った．そこで本研究では申請者のそうした基礎技術と理論を元に，変形機構を有し身体構造をタスクに合わせて変化させる変形ロボットの設計手法を実現する．
まずロボットの身体の変形を数式で定義し, 定量的に設計可能とした. この数式では最適化計算によって最適化しやすい形でロボット身体の分割, 変形を表しており, そのまま最適化計算に適用可能である. また実際に分散計算環境を構築し, 実数GAを利用した最適化計算を実施, ロボットの変形を自動で計算することを可能とした. これらの結果について現在まとめを行っており, 論文として発表予定である. また今後はさらなる複雑な形状や機能を有するロボットの変形を可能とする形に拡張を行う.