2012 Fiscal Year Annual Research Report
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24220005
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
石川 正俊 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (40212857)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥 寛雅 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 講師 (40401244)
渡辺 義浩 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (80456160)
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| Project Period (FY) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| Keywords | ロボットビジョン / ビジュアルフィードバック / 知能ロボティクス / 高速画像処理 |
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| Research Abstract |
本年度の研究成果について，サブテーマごとに以下に示す．
(A) 高速知能ロボットの速度限界への挑戦
A-1) ハンド/アーム：柔軟物制御の例としてロープをとりあげ，簡易モデルの提案と高速性を利用した操り手法を開発した．高速ハンドに関して，1kHzの高速視覚フィードバック性能を存分に発揮できるように，速度限界を目指した高応答性を有するモータの開発をおこない，従来のモータとの比較・検証実験をおこなった．ペグインホールの予備実験として，アームの手先に高速カメラを取り付けたビジュアルフィードバックの相対座標制御系を構築し，動的対象に対するトラッキング実験を実現した．A-2) 高速多軸機構：下肢の制御に必要となる関節速度やパワーについて解析を行い，下肢メカニズムの設計をおこなった．試作機に関して運動性能の検証実験をおこない，基本的な動作の確認をおこなった．速度調整機構や転倒防止機能を搭載したトレッドミルなど周辺設備も並行して開発し，高速カメラを設置して実験環境をセットアップした．
(B) 高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
B-1) 高速３次元形状計測：高速なロボット制御のための高速３次元計測について研究を行った。特に本年度は広範囲な視野で物体を３次元トラッキングする手法、移動体に搭載された高速ビジョンの映像を用いた３次元運動推定、さらに高速ビジョンの小型化に向けて、基礎的な設計を行い、ロボット応用への展開を検討した．B-2) 高速視線/焦点制御：ロボット応用において重要となる液体可変焦点レンズの大口径化と焦点距離計測機構について研究を行った．大口径化については液膜液構造の有効性を実験から確認した．焦点距離機構についてはその原理を考案し，基礎的な試作品を構築して有効性の検証を行った．
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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
本年度は全体として高速知能ロボットの設計要件を整理して要求仕様としてまとめ，試作システムやシミュレーション環境の構築準備をおこない，サブテーマごとの状況もほぼ当初の計画通りに進行している．
(A) 高速知能ロボットの速度限界への挑戦
A-1) ハンド/アーム：高速性を有するモータの開発をおこない，速度限界を目指したハンドシステムの構築へ向けて準備段階は完了した．柔軟物の操りに関して，今年度では具体的に一例を取り上げて検証し，ボトムアップに汎用的な操り戦略を拡張する基盤を用意した段階と言える．ペグインホールでは，ハンドアイに対するビジュアルサーボの実装と検証実験をおこなったことから，相対座標制御のコンセプトの実現へ向けた基礎段階に相当する部分は完了した．A-2) 高速多軸機構：従来のハンド開発で培ってきた高速アクチュエーション技術を下肢機構に適用することを前提に，試作機の開発と基礎的検証，およびセンサを含めた周辺環境の整備を実施したことから，実験環境の準備はほぼ完了し，今後はスムーズにフィードバック制御を導入した実験を開始できる段階に到達した．
(B) 高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
B-1) 高速３次元形状計測：高速なロボット制御のための高速3次元計測を中心とした画像センシングの確立に向けて、これまでに基礎となるセンシング手法の設計に関する研究を進めてきた。現状は、設計や検証に関するハードウェア構成の検討がほぼ終わり、具体的な開発の段階に入りつつあると考えられる．B-2) 高速視線/焦点制御：現在までの研究内容・成果は、ロボットビジョンに可変焦点レンズを応用するために基礎的な可変焦点デバイス開発と位置づけられている。現状は、デバイスの基本的な構造に関する仕様の策定と試作品の開発が終わり、構造の改良等による光学性能の向上を目指す段階に到達したと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策について，サブテーマごとに以下に示す．
(A) 高速知能ロボットの速度限界への挑戦
A-1) ハンド/アーム：高速限界を追求するハンドメカニズムの開発と並行して，高速性と高精度を両立したアクチュエータの開発をおこない，加速運動と巧緻性が要求されるハンドアプリケーションで実証していく．柔軟物制御では，弾性やヤング率など柔軟特性の異なる他の対象に対しても実験をおこない，操り手法の有効性を確認する．ペグインホールでは，オクルージョンや視野の狭さの問題を解消するために，手先だけでなく環境側にも超高速ビジョンを設置し，大域的/局所的な視覚情報を統合した相対座標制御系へ拡張する．A-2) 高速多軸機構：試作機の評価に基づき，高速下肢ロボットを改造していく．高速動作を利用することにより仮想的に下肢の安定範囲を拡大することが可能となると考えられるため，その高速動作に基づく拡張安定化概念を提唱するとともに，視覚フィードバック制御を導入した安定化理論を定式化して実機実験で検証していく．
(B) 高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
B-1) 高速３次元形状計測：高速ビジョンシステムを様々な環境に導入できるように、モジュール化する研究を行う。具体的には、高速カメラと1枚の処理ボードのみで高速画像処理を実現するモジュールに関して，小型化・軽量化・スタンドアロン駆動・長時間駆動などの観点から、開発に取り組む．B-2) 高速視線/焦点制御：ロボット応用において重要となる液体可変焦点レンズにおいて，特定の状況下で液膜液構造に関する光学性能が劣化する問題に対処する構造を検討し，実験でその有効性を示していくと同時に，可変焦点レンズを用いた画像計測手法を研究する．
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