| 研究課題/領域番号 |
23K22728
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01457 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 福岡工業大学 |
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研究代表者 |
槇田 諭 福岡工業大学, 工学部, 准教授 (60580868)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | ロボットマニピュレーション / 把持 / 力学解析 / 物体操作 / 動作計画 / ケージング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
人間が物を持つときには不意の落下に備えて手を添えるような動作をする．これは対象物と接触して持つ手と，対象物の落下を幾何学的に防止する添え手とを組み合わせた物体操作といえる．ロボットによる物体操作ではこれまで，ロボットが対象物を掴んで接触力を与えて拘束する手法か，ロボット指などでゆるく閉じ込めて抜け出せないようにする手法のいずれかがなされてきた．本研究課題ではこの評価指標の異なる2つの方策を組み合わせることができるように，「ロボットによる物体操作において，その対象物の運動を拘束するときの力学的な作用と幾何学的な作用の両方を等しく統一的に取り扱うことのできる指標の導出」をめざす．
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では，人間が手で持った（把持した）物体を搬送する際に，手を滑らせるなどの不意の落下に備えて添え手を置くような行動をロボットマニピュレーションで実装することを目指している．ここでは対象物が拘束状態から運動するために要するエネルギーを，対象物の拘束状態を評価する指標とする．
昨年度までに構築した，物体拘束の評価指標の基礎理論についてレター論文として発表するとともに，本研究課題の主題である力学拘束と幾何学的拘束の評価と有用性を実験的に検証した．二次元平面の問題に適用した評価指標の定式化はそのまま三次元空間の問題にも適用可能であるが，想定する条件においては不整合が生じることがわかった．例えば，把持対象物に対して障害物などにより幾何学的拘束を想定する際，対象物と障害物との距離に差がある場合であっても現在の指標ではこれを考慮することができなかった．そこで，対象物が自由落下等によって運動して得られる運動エネルギーを評価指標に考慮できる枠組みを検討した．この枠組みにおける物理的解釈の妥当性を十分に検証した後，それを考慮した基礎理論の精緻化に取り組む．
物体の運動しにくさに寄与する力学拘束と幾何学的拘束の有用性の実験的検証としては，パイプとジョイントを組み合わせて構造物を制作する部品の組み立てを，単一のロボットアームで実現することを検証した．通常，複数の部品を同時に組み付けるためには複数の部品をそれぞれ保持する必要があり，直感的には物体と同数のロボットないし治具が必要になると考えられる．本研究においては対象物の運動しにくさを評価指標として，対象物の運動を阻害する支持用具への置き方や組立手順を検討することで，単一のロボットアームと簡易支持具によってボルトを含む5体の物体の組立を実現した．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
3: やや遅れている
理由
現在までの進捗状況がやや遅れている理由として2点，基礎理論の整備が不十分であることと，実機実験における装置の技術的課題を挙げる．
当該年度においては，物体拘束の基礎理論に基づいた物体操作計画を確立し，その実機実験による検証までを遂行する予定であった．しかしながら，基礎理論の構築にあたって，さまざまな状況を考慮すると，理論上の不整合が生じることが確認された．これを受けてまず，基礎理論の精緻化と，実機を用いた実験的検証の両面からこの課題に取り組んだ．
基礎理論における不整合の問題は，物体拘束の性能を評価する指標において可変なパラメータが変化した場合であっても，評価指標に影響しないという状況があった．これに対して物理的に妥当な解釈に基づいて評価指標の計算方法を検討した．現時点において一定の妥当性を持つ評価方法を構築しつつあるが，多面的な検証は十分になされていない状況にある．課題延長期間においてこの課題解決に取り組み，基礎理論の早期構築を目指す．また，その評価指標に基づく物体操作計画のアルゴリズムを構築し，その実証実験を進める．
実機を用いた実験的検証においては，ハードウェアの制約上の問題により所望の動作を実現することの困難があった．ロボットアーム2台を用いて物体把持および搬送を計画・実行する際に，衝突回避のための動作停止や時間遅延などの問題が生じた．これらは当方の実験環境およびセットアップに起因する部分が大きいと考えており，解消に時間を要しているが，遅からず解決できるものと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
研究期間を延長した次年度は，前述した未解決の課題の解決に尽力し，研究課題を着実に進めることに努める．そのうえで，未公表となっている研究論文の早期採録，公開を目指して補助実験の実施やデータ整理等に注力する．特に，和文誌に掲載した基礎理論の精緻化および応用事例の追加等を以て国際誌で発表し，知見の広い共有を目指す．また，昨年度において取り組みが不十分であった，物体拘束の基礎理論に基づく動作計画および実機実験による検証を行い，本研究計画で掲げた目標の遂行に尽力する．ハードウェアの制約に起因する技術的課題の原因を早期に発見し，実験環境を整備する．
基礎理論の精緻化において，現段階の把持拘束性能の評価指標の不整合性は，評価指標の妥当性を強化するために解決すべきものである．三次元空間で問題を含む多種多様な事例について評価計算を実施し，その物理的解釈の妥当性を検討する．このとき，評価結果を実機実験で検証することを想定して，実現性の高い事例を評価対象とする．
さらにその評価指標をもとにした動作計画器を構築し，実行可能性の高い物体操作を計画，実機実験による検証を目指す．
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