2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24240034
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
末廣 尚士 電気通信大学, 大学院情報システム学研究科, 教授 (10357254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池内 克史 東京大学, 情報学環, 教授 (30282601)
音田 弘 独立行政法人産業技術総合研究所, 知能システム研究部門, 主任研究員 (40356746)
工藤 俊亮 電気通信大学, 大学院情報システム学研究科, 准教授 (90582338)
冨沢 哲雄 電気通信大学, 大学院情報システム学研究科, 助教 (60549707)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 柔軟物操作 / 紐結び / 作業モデル / 作業スキル / 双腕ロボット / 多指ハンド / 人間観察 |
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| Research Abstract |
紐結び作業のためのセンサ－モータ系のモデル化の研究として以下を実施した．交差間のセグメントに関する計量に着目する紐の状態表現モデルを用いて，紐の結び目の位置・長さ等の計量を考慮した紐結び作業の基本動作，準備動作，結び動作，調整動作のプロトタイプを表現し解析した．紐の結び目の位置・紐の形状の一部をなすセグメントの長さの調整を可能とする基本動作の解析を行い，特に結びの向きに対し，結び位置を調節する動作を導き，結び位置の調整を行う基本動作を導出・解析した．
紐結び作業スキルの実装および作業構成方に関する研究として以下を実施した．双腕多指システムを用いて紐結びに必要と考えられる指による紐の操り動作パターンとして「持ち替え」，「ループ作成」，「ねじり」などの紐の操りスキルの実装を行った．この操りスキルを用いることで，空中での，止め結び，本結びおよび対象物への結び付けなどの作業を実現した．また，紐結びに必要な紐の形状情報として，端点とループの検出を行った．止め結び，８の字結び，引き溶け結び，罠結び，もやい結びの5種類の結び作業について，視覚により抽出した情報に基づく手順を構築し，結び作業を実現した．
人間の観察に基づく作業スキル列の抽出として以下を実施した．作業モデルを汎用化し記述するために，位相幾何学を用いた2つの紐状物体の位置関係の表現法とロボットのタスクモデルへの適用を提案してきた．紐の全貌が観測できる場合には，数え上げによる状態認識と行動戦略の決定手法が提案されているが，障害物などにより全貌が観測できない場合の解決方法は確立されていない．そのような例として，ブドウ収穫を例に視覚解析を行った．葉や果樹や枝が複雑に配置された環境において，人間がどのようにアプローチするのかを観察し，収獲対象の見え方の違いに基づいて遮蔽物の回避動作を行うことが可能な収獲タスクを設計した.
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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
以下のように，個々の研究項に関して順調に成果を上げて進展している．
紐結び作業のためのセンサ－モータ系のモデル化に関しては，交差間のセグメントに関する計量に着目することで，セグメントベースの紐の状態表現モデルを構築できるとの見通しを得ている．
紐結び作業スキルの実装および作業構成方に関しては，指による紐の操りスキル，空中紐結び，視覚ベースの動作手順の導出，５種も結びの実現，実行系の確立など非常に順調に進捗している．この研究は日経産業新聞（2014.1.30）の先端技術面の「魅せる技術」というコーナーにひも結びロボットの記事が掲載された．併せて同社の英語版新聞「ＮＩＫＫＥＩ ＡＳＩＳＮ ＲＥＶＩＥＷ」にて「Nimble robot ties strings into knots」にも掲載された．
人間の観察に基づく作業スキル列の抽出に関しては， 複雑な環境下や遮蔽がある環境下での紐状物体に関して，人間の観察から遮蔽物の回避動作の計画を行うなどの成果が出ており，今後，作業スキル列の抽出へ向けて基礎的な検討が進んでいる．
これらの研究を進める中で，紐結びだけでなく柔軟物操作に関する様々な知見を広く集め，意見交換を行う目的で，RSJ2014にて，紐結びを中心とした柔軟物マニピュレーションのオーガナイズドセッションを企画し，開催を予定している．
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| Strategy for Future Research Activity |
セグメントベースの作業モデルを用いて紐結びを行い，実際に結び目位置，セグメントの長さを変えて結び目の形状を変化させることが可能であることを確認する．紐の材質を変えて実験を行い，基本操作の有効性と限界を確認する．
指による紐の操りスキルと視覚ベースの作業手順に紐の状態のフィードバックを加え，より確実に目標状態を達成できるようにすることで作業スキルとして確立する．最終的には，それを用いて本結びやもやい結びなどの種々の結びをプログラム記述により実行するシステムを実現する．
複雑な状況における紐状物体の操作においては，人間は必ずしも視覚のみに頼らず，手探るような操作を行うことで状況の把握をしている．これを模して，視覚と触覚の相互フィードバック系を用いた認識システムを構築し，人間の動作に近い紐の操りスキルの実現を目指す．
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