2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24220005
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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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| 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 |
本年度の研究成果を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：柔軟物の一例として糸のねじりをモデル化することで，ボタンスピナーのタスクを通して高速ハンドの軌道生成手法を提案し，シミュレーションによって有効性を確認した．高速性に加えて高精度な特性を有したハンドメカニズムを実現するために，新型アクチュエータの設計をおこなった．ペグインホールでは，環境側とアーム側の両方に高速ビジョンを設置した実験系を構築することで，大域ビジョンと局所ビジョンのハイブリッド相対座標制御系を設計し，フィードバック情報の切り替えに対して滑らかな動作生成を実現した．A-2) 高速多軸機構：試作機の改造をおこなうと同時に，高速動作における下肢制御の安定性の検討や高速視覚フィードバックに基づく制御系を設計した．下肢運動の簡易実験に取り組み，高速視覚フィードバック制御の検証をおこなった．
(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：本年度は、高速ビジョンシステムを様々な場所に設置できるように、モジュール化する研究を行った。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を開発した。本モジュールが、小型かつスタンドア ロンで動作する利点とともに、動的に撮像制御を行うことが可能であることを検 証した．B-2) 高速視線/焦点制御：前年度に引き続き，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ついて研究を行った．液体可変焦点レンズとして，前年度に有効性が確認されている液膜液構造に関して，焦点距離が無限大付近で光学性能が劣化するという問題を確認し，この問題を解決する構造として，予め均等に張力を加えた膜を使う構造を提案し，実験からその有効性を示した．
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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試作システムの開発と評価を中心におこない，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：高速化したモータをハンドメカニズムへ導入して有効性を確認したことから，さらに巧緻性の付加価値を内包したハンドの実現を目指し，高速・高精度アクチュエータの開発へ移行する段階に到達した．柔軟物制御では，前年度のロープに加えて新規に糸を用いてモデル化を検証し，操り戦略の拡張性を確認した．ペグインホールについて，アームと高速手先機構を組み合わせたシステムの構築が完了し，コンセプトの実証実験が可能な段階に到達した．A-2) 高速多軸機構：高速視覚フィードバックを導入した制御アルゴリズムとその検証実験をおこなったことから，ハードウェアと制御系の実験環境は一通りの構築が完了し，実験による設計コンセプトの検証を実施する段階へ到達したと考えられる．
(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と同センシングを実行する処理基盤に関する研究を進めてきた。現状は、設計や検証に関する研究がほぼ終わり、具体的な応用展開に向けて専用化していく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研究がほぼ終わり、基礎的な問題点を原理的にはほぼ克服した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・高精度ハンドに関して，設計したアクチュエータを導入して指モジュールの開発と検証実験に取り組み，ハンドの設計へ拡張していく．ボタンスピナーに関しては，シミュレーション結果に基づきフィードバック制御則を提案して実機実験をおこなっていくと同時に，他の柔軟物体に適用できるように広範囲の特性パラメータに対応可能な操り戦略へ拡張していく．ペグインホールに関しては，相対座標制御のコンセプトを理論的に定式化し，他のタスクへ適用して有効性を確認する．A-2) 高速多軸機構：予備実験から得られたデータと従来手法との比較による定量的な評価に基づき，よりダイナミックな動作を可能にする高速下肢ロボットへ向けて改造を行う．並行して，走行や空中転回など具体的な下肢移動タスクを設定し，従来の下肢制御とは異なるダイナミックな運動の実現を目指す．
(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：今後は、これまでに研究した技術を統合し、ロボットビジョンとして搭載可能な高速3次元計測モジュールを開発する。また、ロボットに搭載することで得られる視覚以外のセンサ情報との融合によって、高精度・高機能化を図る。さらに、高速3次元計測によって新たに可能となる高速かつ高度なロボットシステムの実現を目指す．B-2) 高速視線/焦点制御：今後は開発した基礎的な可変焦点レンズの構造に基づいて、実際に実験に耐える完成度をもつ可変焦点レンズの試作品を開発し、可変焦点レンズを用いた画像計測手法を積極的に研究することで、新たなロボットビジョンの創出を目指す。
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