多指ロボットハンドの協調動作における安定性と自己組織化

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650292
• 研究機関: 理化学研究所
• 研究代表者: SVININ M・M 理化学研究所, 運動系システム制御理論研究チーム, フロンティア研究員 (90274125)
• キーワード: 力依存安定性 / 多指メカニズム / コンプライアンス / 剛性テンソル / 把持 / 負荷 / 安定動作 / 強化学習

研究概要

本研究は、評価関数が単純かつ解析的に求められるように,関節間・指間の局所的振舞いの簡易モデルを構築することが目的であった。現段階までは、把持の安定性の問題を扱ってきた。多指システムの総コンプライアンスは、第一に、指自身のコンプライアンスに由来し、第二に、しばしば把持の不安定性の原因となる、接触力の相互作用に由来している。
我々の研究においては、安定性の特性を把持の力の分布と関連付けている。このため、安定性解析はコントロール・システムの階層性のプランニングレベルで行われる。このアプローチでは、剛性テンソルが線形化された剛体モデルにより直接導かれるため、人間に関する特性をモデル化する必要がない。
初めに、コンスタントな力を受ける剛性のポテンシャル関数が導かれ、接触力の分解により、剛性テンソルの構造が表現される。剛性テンソルは、重力および内部力に起因するものとの2つの要素を持つ。内部力のパラメータ化は接触点の組を通じて行われる。上記に述べた結果を延長すればパラレル構造メカニズムの力依存安定性を分析することもできる。
ここに、分析を安定させることに加えて、関節剛性の統合過程が概説された。安定動作パターン生成における自己組織化のメカニズムを理解するために、クラシファイアシステムの形態で実施される強化学習の手順が開発された。この手順はその構造が多指メカニズムと類似している多足歩行マシンでテストされた。実験においては、各足はそのクラシファイアシステムによって制御される。初期の実験では報酬と罰のバランスが正しく調節された場合に、安定動作パターンが首尾よく習得されることがわかる。さらに、GAを使用すると、クラシファイヤシステムにおける最適な自律分散制御が達成されることも分かっている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Katada, M.Svinin, K.Ohkura, K.Ueda: "Stable grasp planning by evolutionary programming"IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol.48, No.4. 749-756 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, K.Yamada, K.Ueda: "Emergent synthesis of motion patterns for locomotion robots"Artificial Intelligence in Engineering. Vol.15, No.4. 353-363 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama: "On the stiffness and stability of Gough-Stewart platforms"IEEE International Conference on Robotics and Automation. Vol.3. 3268-3273 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, K.Ohta, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Understanding of human movements in crank rotations"IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. Vol.4. 2105-2110 (2001)
• [文献書誌] Y.Katada, M.Svinin, K.Ohkura, K.Ueda: "Optimization of stable grasps by evolutionary programming"32th International Symposium on Robotics. Vol.2. 1503-1508 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama: "On the stability and stabilizability of elastically suspended rigid bodies"2^<nd> International Workshop on Computational Kinematics. 155-166 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, K.Ueda: "Optimal decentralization of reinforcement learning schemes in acquiring gait patterns by walking machines"4^<th> International Symposium on Climbing and Walking Robots : From Biology to Industrial Applications. 427-434 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, K.Ohta, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Mathematical analysis of the crank turning task"1^<st> International Symposium on Measurement, Analysis, and Modeling of Human Functions. 346-352 (2001)
• [文献書誌] K.Ohta, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Analysis of human movements in crank rotation tasks"3^<rd> International Symposium on Progress in Motor Control : From Basic Science to Application. 63-63 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Reinforcement learning approach to acquisition of motion patterns"5^<th> World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics. 19. 263-268 (2001)
• [文献書誌] K.Yamada, M.Svinin, K.Ohkura, S.Hosoe, K.Ueda: "Two classifier system for reinforcement learning of motion patern"IFAC International Workshop on Mobile Robot Technology. 1-6 (2001)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama: "Force-dependent stability of mechanisms with parallel structure"SICEシステムインテグレーション部門 学術講演会. 267-268 (2001)
• [文献書誌] 太田憲, Mikhail Svinin, 羅 志偉, 細江繁幸: "拘束条件下でのヒトの運動の最適軌道"SICEシステムインテグレーション部門 学術講演会. 69-70 (2001)
• [文献書誌] 片田喜章, Mikhail Svinin, 大倉和博, 上田完次: "進化的プログラミングを用いた多指ロボットハンドによる安定把持計画(第2報,指関節のコンプライアンス制御)"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会論文集. 2A1-K6-347 (2001)
• [文献書誌] Mikhail Svinin, 太田憲, 羅志偉, 細江繁幸: "クランク回転作業を用いた生体運動の一考察"第40回計測自動制御学会学術講演会論文集. 107C3 (2001)