2021 Fiscal Year Annual Research Report
スマート工場化の革新加速を担う高度ロボット統合化実装力を備えた総合的技術者養成法
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21H00928
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo National College of Technology |
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Principal Investigator |
多羅尾 進 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80300515)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 康宣 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40290689)
津田 尚明 和歌山工業高等専門学校, 知能機械工学科, 准教授 (40409793)
冨沢 哲雄 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (60549707)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 高度ロボット統合化実装力 / 総合的技術者養成 / モバイルマニピュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，複合・融合的な技術を積み重ねていくコンセプトの下，移動の柔軟性を備えたモビリティプラットフォームに，さらに1)産業用協働型双腕ロボットおよび，2)汎用的低自由度アームを付加して，「モバイルマニピュレーション」用ロボットを用意して社会（現場）実装課題に取り組むことを狙っている．2021年度において，前者1)に着目し，モバイルマニピュレーション用協働型双腕ロボット，ベースとなるモビリティ，それぞれ単体の試作に主として取り組んだ．協働型双腕ロボットには，近年，各ロボットメーカーが開発に注力し始めている産業用の協働型双腕ロボットを採用した．同ロボットは，比較的高価な設備となるが，設置の自由度が高いこと，多自由度を有してロボット工学に基づく多種技術の試行に適していること，対象となる作業が広範囲であることなどの利点がある．同ロボットの制御システムあるいは周辺アプリケーションの試作を支援する開発環境を構築し，実際に双腕動作を呈示するまでに至っている．同開発環境では，ROSを基本とするシステム試作・試行環境を整え，加えてロボットメーカーが用意したロボット動作ツール群を併用することにより，効果的なロボットのシミュレーションおよび実際の動作ができるようになっている．
一方，ベースとなるモビリティについて，全方位移動ロボットの試作に取り組んだ．操舵・駆動が可能な複数の車輪を用いて走破性の高い全方位移動機構を構築する方針の下，機体レイアウトが自在に構成できることを重視して，操舵・駆動が可能な一つの車輪を有するユニットを構築し，同ユニットを複数組み合わせて全方位移動ロボットの機構全体を組み立てるアプローチで設計・試作を行った．
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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
協働型双腕ロボットについては，実際に，構築された開発環境を通じて，計画・生成したロボットの双腕動作を呈示し，全14自由度の総合的な動作，およびその関節角度などモニタリング，これらと連動して計算機上3Dモデルの動作表示ができるようになっている．本機体は産業用ロボットとして市販され，これに付随するメーカー専用のプログラム言語を用いて，動作パターンなど指示することが前提となっている．これに対し本研究では，ロボット研究開発の分野で支持され主流となってきている開発用プラットフォームROSを採用して開発環境を構築した上でロボットの動作を試行できるようにしている．これにより，メーカーが用意した産業用に特化されたアプリケーション群のみを駆使してソフトウェア開発を行うという縛りから解放され，世界各国で活発に開発が進む最新のロボット技術およびその周辺技術を取り入れるのに有利となっている．例えば，ロボットの制御に必須となる逆運動学計算・軌道計画などにはROSに用意されたマニピュレータ用プランニング用のMoveItを利用している．
ベースとなるモビリティについては，造形・試作のしやすさを優先し，ユニットの設計製作においては，積極的に3Dプリンタを活用し，従来は回避されがちであった軸受け回り等，一定の強度が必要な箇所にも敢えてその造形に3Dプリンタを用いて，作成されたプラスチック部品に回転軸や車輪など既製品や別加工部品を付加する構成でユニットを製作している．操舵用モータおよび駆動用モータの二つのモータが実装された同ユニットにおいて，各モータのハウジング間は，スリップリング・ベアリングを介して結合され，無限回転可能なステアリングを実現している．移動機構はユニット一つから構築することが可能であり，要求仕様に合わせて，ユニット数・レイアウトをアレンジできる柔軟性を備えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では，ロボット工学を起点として，ハードルの高い課題についても効果的な統合開発用プラットフォーム・ミドルウェアなどを駆使して，その障壁をスマートに乗り越えるべく，技術開発加速型の新たな社会実装ロボット教育を提案・試行し，その効果を評価することに取り組む．多くの期待に応えられるロボット利活用技術者を育成するために独自のロボット（モビリティ）プラットフォームにロボットアームを搭載した“アーム＋モビリティ（モバイルマニピュレーション）統合化教材”を開発し，これを活用しながら，社会実装プロセスを経験させ，ロボット利活用技術を身に付けられるようにするものである．ロボット工学分野の社会実装テーマは本来，複合・融合的な技術を積み重ねていくプロセスが必要となるが，障壁とも成り得るこの過程を開発用プラットフォーム統合化教材によって適切にサポートできるようにする．
2021年度は，比較的大規模の産業用協働型双腕ロボットを中心としたプラットフォームの試作を行ったが，2022年度は，これを継続しつつ，新たに汎用的低自由度アームを導入して，「モバイルマニピュレーション」用ロボットを構成する．
広く教材開発を進められるよう比較的低価格な低自由度ロボットアームをその用途に割り当てる．これは実現可能性も鑑み，敢えて「アームは低自由度のもの」に機能を絞り込み，それによって不足する自由度は，移動機構で補うといったスタンスで（社会実装指向）開発を進めることを狙うものである．具体的には，4自由度小型ロボットアームをモビリティプラットフォーム上に搭載し，全体のモバイルマニピュレーション用機体に加えその開発環境を整備することを試みる．
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