変形機構を有するロボットの3Dプリンタによる自動設計手法の構築

• 研究課題/領域番号: 21K17828
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分61050:知能ロボティクス関連
• 研究機関: 公立はこだて未来大学
• 研究代表者: 山内 翔 公立はこだて未来大学, システム情報科学部, 准教授 (60781200)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: ロボット / 変形 / 3Dプリンタ / 自動設計 / 最適化計算 / 変形機構 / 最適化

研究開始時の研究の概要

近年ロボットに行わせる仕事の内容は複雑化し，活動範囲は拡大してきている．これに対しそれぞれのタスクに適した身体構造は異なる場合があるため，タスクごとに最も適した身体構造で対処し，タスクが切り替わるごとにその身体構造を変化させることが望ましい．しかしこれまではごく限られた範囲の事例しか実現できなかった．
そこで3D プリンタを活用した立体的内部構造によりロボットの設計を簡略化し，計算機による自動設計を実現した申請者のロボット自動設計手法と変形に対する理論化によって，変形機構を有し身体構造をタスクに合わせて変化させる変形ロボットの設計手法を実現する．

研究成果の概要

3Dプリンタを活用した立体的内部構造によりロボットの設計を簡略化でき，最適化問題として計算機による自動設計を実現した申請者のロボット自動設計手法と変形に対する理論化を元に，変形機構を有し身体構造をタスクに合わせて変化させる変形ロボットの設計手法を実現する．この研究により計算式に沿って変形を定義することが可能となった。また変形後の望ましい形状と一つの変形が表す変形後の形状のうち、一致する部分の体積を求め、適応度とすることによって最適化計算が可能となった。実際に入力モデルに対して最適化計算を行い、変形機構の自動設計が可能であることを実験を通して確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年では状況に合わせて最適な身体構造に素早く切り替えて複数の機能を実行できるロボットの可能性を模索した事例が多数発表されている．しかしそれら事例では変形機構を有したロボットに対する根本的な設計手法が議論されておらず，切り替えられる身体構造の範囲も限定的である．こうしたことから，今後ロボットの活動範囲のさらなる拡大を考える上で既存の手法では限界があると考え，ロボットの変形機構設計に対する理論的な基盤を構築し，実現するという本研究の着想に至り，その第一歩となる研究成果である．