軟弱路面を超安定姿勢で移動可能な脚型ロボットの腹ばい運動生成に関する研究

• Project/Area Number: 18J13950
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Intelligent robotics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 松澤 貴司 早稲田大学, 先進理工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 腹ばい運動 / 着地可能領域の導出 / 評価関数に基づく足先軌道生成 / 瓦礫路面のモデル化 / 路面高さ検出 / 脚ロボット / 不整路面 / 腹ばい移動 / 強化学習

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，瓦礫のように不安定な路面を超安定姿勢で移動可能な４肢ロボットの腹ばい運動生成法の開発を目的としている．令和元年度では，(i) 評価関数に基づく全方向腹ばい運動生成，(ii)路面の分類，(iii) 環境認識センサによる路面情報取得に取り組んだ．提案手法の有効性を，４肢ロボットWAREC-1Rのモデルを用いて評価した．
(i)に関しては，指定された任意の進行方向に対して立脚期の安定性と移動速度向上を両立する腹ばい運動の生成法の開発に取り組んだ．具体的には，定義した脚の足先着地可能領域内において，進行方向に対して足先の繰り出し長さと立脚期の安定余裕が大きくなる足先軌道を評価関数に基づいて決定するという手法を提案した．評価実験において，前後左右および斜め方向のいずれにおいても立脚期の安定性を確保しながら腹ばい運動が可能であることを確認した．また，ロボットの右後方脚を用いない場合の腹ばい運動に関しても，立脚時のロボットの安定性が確保され，右後方脚が地面に接触することなく前進できることを確認した．
(ii)に関しては，動力学シミュレータ上で作成した瓦礫モデルの妥当性を確認するため，(i)で述べた腹ばい運動生成法を評価した．瓦礫の個数や質量，寸法などのパラメータを変更することで，腹ばい運動の踏破性に違いが生じることを確認した．
(iii)に関しては，ロボットに搭載した深度センサを用いて取得した点群データを基に，ロボット前方に存在する路面の高さを検出することに成功した．具体的には，点群処理ライブラリのPCL（Point Cloud Library）を用いて点群から平面を抽出し，路面の高さを読み取るアルゴリズムを構築した．これにより，腹ばい運動によって前進できるかを判断するための情報が得られるようになった．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３４報：４肢ロボットの足先姿勢を考慮した着地可能領域決定法および安定性に基づく腹ばい運動の全方向移動実験） (2020)
  • Author(s): 松澤貴司, 名村圭祐, 孫瀟, 内藤博, 佐藤丈弘, 寺江航汰, 村上将嗣, 吉田駿也, 伊藤明, 近藤貴久, 高西淳夫, 橋本健二
  • Organizer: 第25回ロボティクスシンポジア
• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第２６報：４肢ロボットの安定性と肢の可動域に基づく腹ばい運動生成法） (2019)
  • Author(s): 松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，高西淳夫
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３１報：胴体接触を活用した４肢ロボットの段差乗り越え運動生成法） (2019)
  • Author(s): 松澤貴司，松原孝将，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫
  • Organizer: 第 37回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2019）
• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３２報：４肢ロボットの安定性と肢の可動域に基づく腹ばい運動の全方向移動への拡張） (2019)
  • Author(s): 松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫
  • Organizer: 第 37回日本ロボット学会学術講演会（RSJ2019）
• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３３報：胴体接触を活用する４肢ロボットの安定性と肢の可動域に基づく全方向腹ばい運動生成法） (2019)
  • Author(s): 松澤貴司，孫瀟，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，伊藤明，近藤貴久，高西淳夫，橋本健二
  • Organizer: 日本IFToMM会議シンポジウム（第25回）
• [Presentation] Moving Onto High Steps for a Four-Limbed Robot with Torso Contact (2019)
  • Author(s): Takashi Matsuzawa, Takanobu Matsubara, Keisuke Namura, Xiao Sun, Asaki Imai, Masahiro Okawara, Shunsuke Kimura, Kengo Kumagai, Koki Yamaguchi, Hiroshi Naito, Takehiro Sato, Kota Terae, Masatsugu Murakami, Shunya Yoshida, Atsuo Takanishi and Kenji Hashimoto
  • Organizer: the 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] End-effector with a Hook and Two Fingers for the Locomotion and Simple Work of a Four-limbed Robot (2018)
  • Author(s): Takashi Matsuzawa, Asaki Imai, Kenji Hashimoto, Tomotaka Teramachi, Xiao Sun, Shunsuke Kimura, Nobuaki Sakai, Yuki Yoshida, Kengo Kumagai, Takanobu Matsubara, Koki Yamaguchi, and Atsuo Takanishi
  • Organizer: 2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), October, 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第２５報：４肢ロボットへの環境認識センサの統合と段差乗り越え実験） (2018)
  • Author(s): 松澤貴司，松原孝将，橋本健二，佐藤徳孝，木谷真，松野文俊，藤原始史，王璽尋，谷重崇未，久保田直行，戸田雄一郎，北井瑳佳，佐々木洋子，高西淳夫
  • Organizer: 第19回システムインテグレーション部門講演会（SI2018）