多自由度移動台車との協調による移動マニピュレータの自由度減殺可能性に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650305
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中野 栄二 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90198151)
• 研究分担者: 佐々木 裕之 鶴岡工業高等専門学校, 機会工学科, 助手 (30290703) ; 王 志東 東北大学, 工学部, 助手 (40272017) ; 大久保 宏樹 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助手 (00250689) ; 高橋 隆行 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 講師 (70197151)
• キーワード: 移動マニピュレータ / 全方向移動 / ドア開閉作業 / 受動関節 / 運動学 / 車輪型移動ロボット / 屋内作業 / メッセンジャロボット

研究概要

1.ドア開閉動作の可能性に関する検討 移動体として全方向への移動能力を有するものを使用することにより、目的とする動作が可能であることをシミュレーションおよび予備的な実験により確認した。この方法の基本的なアイデアは、次のようなものである。すなわち、ドアのノブをハンドが掴んだ後に、マニピュレータの手首およびベース部の関節をフリーにし、さらに肘などの中間関節をブレーキ等で固定することにより、両端に自由関節を有する剛体棒とみなせるような状態にする。すると、ドアの開閉時の系は、ドアの取り付け部の壁をベースとし、さらにドアの蝶番および剛体棒(マニピュレータ)の両端点をそれぞれ自由関節とする3リンク機構とみなすことができるようになる。この機構の先端リンクは全方向に移動できる台車であり、不要な内力を生じさせることなく、比較的自由に台車を移動させてドアの開閉を行うことができる。もちろん、マニピュレータにかかる力を計測する必要は全くない。
2.移動体の経路に関する検討 上記の動作を行うために、全方向移動台車がとるべき軌道について考察を行った。台車の軌道は、(1)力学的拘束、(2)幾何学的拘束、(3)運動学的拘束、の3つの条件に支配される。(1)はドアの負荷と移動体の駆動力により決まる条件であり、以下、ドアと他の障害物および移動体の位置関係により決まる条件、移動体が非ホロノミック拘束を有する車輪型台車であることによる条件である。本年度は、それぞれについて検討を行い、基礎的な関係式を導出した。
3.マニピュレータの設計 以上の検討結果に基づき、マニピュレータを設計した。現在、設計したマニピュレータは製作を発注済みであり、次年度はこれを用いた、より詳細な検討を行う予定である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Mori, E.Nakano et al.: "A study on the Mechanical and Control of Omni-Directional Vehicle" Proc.of the 1996 IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems. 1. 52-59 (1996)
• [文献書誌] K.Hanada, T.Takahashi, E.Nakano: "Software Architecture for Constructing a Mobile Robot with Highly Independent Modules" Fourth Int.Conf.on Control, Automation, Robotics and Vision. 2. 858-862 (1996)
• [文献書誌] 佐々木 博之,高橋 隆行,中野 栄二: "全方向移動ロボットを利用した受動的ドア開け手法の軌道の検討" 第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 1. 385-386 (1996)
• [文献書誌] 花田 恵太郎,高橋 隆行,中野 栄二: "イベント通信を用いた屋内環境移動ロボットの移動制御" 第14回日本ロボット学会学術講演会予稿集. 1. 363-364 (1996)
• [文献書誌] 高橋 隆行,中野 栄二,et al.: "メッセンジャロボットによる部屋間移動の実現" ロボティクス・メカトロニクス講演会'96. 471-472 (1996)
• [文献書誌] 高山 訓治,森 善一,高橋 隆行,中野 栄二: "メッセンジャロボットの運動構成について" ロボティクス・メカトロニクス講演会'96. 473-476 (1996)