| 研究課題/領域番号 |
17H04699
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| 研究機関 | 佐世保工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
槇田 諭 佐世保工業高等専門学校, 電子制御工学科, 准教授 (60580868)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マニピュレーション / 把持 / ケージング / 物体拘束 / 動作計画 / 物体認識 / グラスピング / 幾何学的拘束 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では幾何学的拘束（ケージング）による物体拘束を保証した物体操作手法を提案し，ロボットによる作業の信頼性を高めることを目指す．ケージングはロボットによって物体を囲い込むことで，物体が抜け出せないように拘束する手法である．物体の形状情報のみで計画できるロボットの動作を，位置制御のみで実行できるという，ロボットに有利な利点をもつ．本年度は研究課題として「力学条件と幾何学的条件を統一的に扱う評価指標の導出」，「幾何学的拘束を考慮した持ち替え動作」，「国内外のマニピュレーション競技会への参加・実機検証」に取り組み，以下の研究成果を得た．
力学条件と幾何学的条件を統一的に扱う評価指標の導出については，ロボットマニピュレーションにおける接触力解析に基づいた指標を提案した．幾何学的拘束を対象物の運動しにくさと捉えることで，物体に対する力学的拘束と幾何学的拘束のそれぞれの関与を統一的に評価することができる．
幾何学的拘束を考慮した持ち替え動作については，マグカップやトートバッグといった物体が持つループ形状を利用する手法を検討した．RGB-Dカメラの撮影画像からループの穴部分の抽出とその位置・姿勢の推定，およびロボット指の穴への挿入動作の計画は達成している．一方のハンドに把握される物体の形状特徴を抽出する過程において，カメラの撮影角度等を適切に設定する必要があり，継続して条件を模索している．
マニピュレーション競技会への参加は選考に沿わず実現していないが，その競技課題になりうるテーマに取り組んだ．製品の組み立てタスクにおいてはサッシ状物体のフレームへの挿入動作を自動計画する手法を提案した．また，複合現実感を用いてロボットのティーチングを行う手法も関連課題として取り組んだ．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度に掲げた3つの研究課題のうち，前年度からの課題である「力学条件と幾何学的条件を統一的に扱う評価指標の導出」については，これをおおむね達成している．対象物に対する物体把握において，ロボットが対象物に接触していることを前提とする把持の問題に焦点を絞り，接触力解析に基づいて問題の解決を図った．力学拘束に基づく従来の把持手法においては，制御可能な接触力で力・モーメントのつり合いを考えることが多い．一方で，（部分的な）ケージングにおいては必ずしも力・モーメントのつり合いが満たされるとは限らないが，接触力を動的に制御する必要のない場合もある．このような新しい評価指標でロボットマニピュレーションの動作計画を検討できる．
幾何学的拘束を考慮した持ち替え動作については，対象物のループ形状に注目して開発を進めている．前年度までに達成している，カメラによる対象物の形状特徴抽出およびその把握計画を利用するが，把握対象物がすでに一方のハンドに把握されている点が異なる．これによって，形状抽出に失敗することもあるが，より撮影しやすい位置・姿勢に物体を遷移させることも可能である．手動操作による予備実験では提案手法が機能しそうであることを確認しており，その自動化と実装に注力している．
マニピュレーション競技会への参加については，World Robot Summit 内 Assembly Challenge にエントリーしたが，書類選考に沿わず参加できなかった．そのため今年度は競技会を調査し，次回以降の参加に向けての課題を精査している．また，関連しそうな研究課題を取り上げ，組立作業やティーチングといった作業のロボット化に関する成果を挙げた．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度までにおおむね研究計画の骨子を達成できたので，さらに発展・精緻化するとともに，未達部分を推進する．物体把持・操作計画と持ち替え動作については，ループ形状物体の成功率の向上と，それ以外の物体形状も対象とする，形状特徴に応じた選択的な把握計画の実装を目指す．これは持ち替え動作への適用も可能な手法であり，ロボットマニピュレーションの活用場面を広げることに寄与する．特にケージングの利点である，位置決め誤差や物体位置推定誤差を吸収できる点を活用した物体把握を実践する．
また，幾何学的な拘束を利用するマニピュレーションの対象課題として，組立作業のロボット化も継続して取り組む．組立作業は製造現場だけでなく，日常的な部品の組み合わせなど多くの場面で求められる．組立に必要な物体の操作自由度や作業領域の大きさなどを抽出し，より小さいシステムで実現する方策を検討する．幾何学的拘束を考慮することで，より作業に適した対象物の把握姿勢や固定方法などを再検討できると考える．
接触力解析に基づくケージング把持の評価については，接触力解析のさらなる精緻化と，評価指標に基づく把持・操作計画への適用を考える．現状の接触力解析では不十分と考える摩擦力の取り扱いを，先行研究の理論をもとに改良する．また，計算量の削減から評価の高速化を進め，実用的な時間で把持・操作計画に適用できるようにする．
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