| 研究課題/領域番号 |
19H04188
|
|---|
| 研究機関 | 東京大学 |
|---|
研究代表者 |
趙 漠居 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (30825378)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 多肢型飛行ロボット / 知覚統合システム / 環境適応制御 / 空中操作能力 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究は,飛行ロボットに多肢構造という発展的な身体モデルを与えることで，環境適応可能な複合的移動様式と操作能力の相乗的獲得を中心に進める．具体的には，(1)プロペラ内蔵型多肢構造の機体構成設計論，(2)視覚・力覚・平衡感覚を統合した知覚システム，(3)外力作用や環境形状を考慮した環境適応型行動制御法，を明らかにすることを本研究の目的とする．
2019年度はまず，肢体リンクモジュール及び全身の構造・機能設計法を構築し，四肢型の多肢機体のプラットフォームを実装した．機体構成法において，サイズ，重量，剛性，出力の間の相関関係を制約条件とし，ロータの推力特性，ダクデットファンの形状，関節モータの減速係数等を設計の出力パラメータとなる設計式を仮想環境での変形飛行時の安定性から導き出した．さらに，実機による定位飛行テストを行い，安定な飛行により本研究が提案する多肢飛行ロボットの設計手法の有用性を示した．
次に，リンクモジュールレベルで搭載されるセンサ情報を統合し，自己状態推定や外力推定について取り組んだ．自己状態推定においては，機体に搭載される複数のカメラセンサから優位視野を持つものを機体姿勢から自動的に選択し，他のセンサと統合できるセンサフージョンを確立し，屋内外の様々な環境下で自己状態推定の精度を検証した．一方，外力に関しては，分散したIMU情報から機体重心にかかる外力を推定する手法を提案した．これらの手法をロータを有する飛行ロボット全般に通ずる一般性を示している。
さらに，飛行制御に関しては，外乱を考慮した適応制御やモデル予測制御に加え，天井効果についても流体力学の観点から解析し，安定性を図った．一方，空中操作能力に関しては，本研究が提案する推力偏向可能な機構により推力操作の冗長性が生じ，この冗長性は，環境への接触や物体の把持の外力補償において非常に有用であることを初めて明らかにした．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画では多肢型飛行ロボットに着目した知覚統合と環境適応制御の構成法の研究テーマであったが，今年度では，流体力学に基づいたロータ推力モデルの同定による天井効果の実時間補償制御といった基礎研究や，分散IMUデータによる外力推定の一般化手法など，ロータ型飛行ロボット全般に適用できる成果は，本研究課題の強い波及効果を示している．さらに，空中操作能力への取り組みにおいては，ロボット単体による環境作用のみならず，人との連携や複数台による大型物体の運搬における相互作用も本研究が提案している外力推定や補償方法で実現できることが明らかになりつつ状況にあり，当初の研究計画以上の広がりを見せている．
|
| 今後の研究の推進方策 |
今年度の成果を踏まえて，1) 体内通信系統の高速化による分散知覚統合の深化；2) 地面歩行を含む環境接触移動の実現；3) 空中操作能力の多様化，を目指していく．
1) 体内通信系統の高速化による分散知覚統合の深化: 各リンクモジュールに配置されている知覚センサを統合する軽量かつ高速な体内通信プロトコルとその組み込みシステムを開発していく．これにより，より多くのセンサ情報や制御指令をより透過的に体内で転送することが可能になる．なお，センサやアクチュエータ以外にも，エッジAIデバイスを個々のリンクモジュールに搭載することで，高度な知覚情報の抽出をリンク単位で可能にする．
2) 地面歩行を含む環境接触移動の実現: 今後は，上記の分散知覚統合システムを用いて，環境接触による外力を陽に推定できる制御フレームワークを開発し，地面や壁面、天井などの周囲環境との接触を伴う移動方法を実機ベースで行う．さらに，これら従来のモデルベースの制御手法との比較検証を通して，深層学習を含む強化学習による関節と推力の混合制御による歩行・飛行の実証に引き続き取り組む．
3) 空中操作能力の多様化: 今年度空中操作能力に関する成果を踏まえて，空中での物体の操作精度の向上を目指す．具体的なはエンドエフェクタではない末端リンクのカメラを利用した空中でのHand-Eyeシステムを構築し，エンドエフェクタの位置補正を可能にする．さらに，多点接触といった複数のエンドエフェクタを用いたより多彩な空中操作行動を実現していく．
|
