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

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650292
• 研究機関: 特殊法人理化学研究所
• 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、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する。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為、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。さらに、このアプローチをシリアルメカニズムの安定性研究に用いることも可能である。このことを示すために、分析的フォームにおける二次元メカニズムの安定性条件を導き出した。
この研究においては、拘束人体運動における力分布の問題も調査した。拘束運動としてクランク回転運動を取り上げ、最適化による運動計画モデルとして、手先力変化最小規範を提案する。クランク回転運動の数学的モデルは、多指システムの最もシンプルなモデルとして考えられる。クランク回転運動では、非拘束下でのリーチング運動を再現する躍度最小規範やトルク変化最小規範で予測される運動軌道よりも、手先力変化最小規範によって予測された運動軌道が、ヒトの実験データをよく再現した。これは運動計画が腕やクランクなどのダイナミクスと関連して決定されることを示唆し、手先と外界との相互作用があるような条件下では,手先空間での滑らかさが運動計画に求められていると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Y.Huang, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "A Design of an Extended State Observer for the Motion/Force Control of Constrained Robotic Systems"ICASE/SICE Joint Workshop on Intelligent Control and Systems. 114-119 (2002)
• [文献書誌] Y.Huang, Z.W.Luo, M.Svinin, S.Hosoe: "Extended State Observer Based Force/Motion Control"21th Automatic Control Conference. 273-241 (2002)
• [文献書誌] Y.Huang, Z.W.Luo, M.Svinin, T.Odashima, S.Hosoe: "Extended state observer based technique for control of robot systems"4th World Congress on Intelligent Control and Automation. 4. 2807-2811 (2002)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama, Z.W.Luo: "On the Stiffness and Stiffness Control of Redundant Manipulators"IEEE International Conference on Robotics and Automation. 3. 2393-2399 (2002)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama: "On the Stability and Stabilizability of Elastically Suspended Rigid Bodies"Electronic Journal of Computational Kinematics, International Federation for the Theory of Machines and Mechanisms http://www-sop.inria.fr/coprin/EJCK/EJCK.html. 1/1. (2002)
• [文献書誌] K.Ohta, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Dealing with Constraints : the Synthesis of Optimal Human Movements Constrained by the External Environment"4^<th> International Workshop on Emergent Synthesis. 183-188 (2002)
• [文献書誌] K.Ohta, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Optimal trajectory of human arm movements in constrained environments"12th Annual Meeting of the Society of Neural Control of Movement. E-02 (2002)
• [文献書誌] 太田 憲, M.Svinin, 羅 志偉, 細江 繁幸, 田村俊世: "クランク回転作業の最適軌道生成"BPES 2002 第17回生体・生理工学シンポジウム論文集. 229-230 (2002)
• [文献書誌] K.Kumazaki, M.Svinin, Z.W.Luo, T.Odashima, S.Hosoe: "A Study on the Stable Grasping by a Redundant Multi-Fingered Robot Hand"第41回計測自動制御学会学術講演会論文集. MA09-3 (2002)
• [文献書誌] Y.Yin, Y.Kobayashi, M.Svinin, S.Hosoe: "Considerations on Hybrid System Approach to Robot Control"SICEシステムインテグレーション部門 学術講演会. 3. 61-62 (2002)
• [文献書誌] M.Svinin, S.Hosoe, M.Uchiyama, Z.W.Luo: "Force-Dependent Stiffness of Mechanisms with Serial Structure"第20回日本ロボット学会学術講演会論文集. 1H32 (2002)
• [文献書誌] K.Ohta, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "Dealing with constraints : Optimal trajectories of the constrained human arm movements"XVII IMEKO World Congress, Session TC-18 : Measurement in Human Functions. (in press). (2003)
• [文献書誌] K.Ohta, M.Svinin, Z.W.Luo, S.Hosoe: "On the trajectory formation of the human arm constrained by the external environment"IEEE International Conference on Robotics and Automation. (in press). (2003)