| 研究課題/領域番号 |
19K20372
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
小島 邦生 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (50839131)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ヒューマノイドロボット / 全身動作実現 / 身体構造設計 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではヒューマノイドの全身動作実現に向けた身体動作機能の具体的達成目標として，A.環境との多点・滑り・転がり接触等を伴う動作を行うための関節のトルク追従性，B.正確かつ高速に四肢を操作するための関節の角度・角速度追従性，C.ロボットが全身でダイナミックな動作を実現するための高い駆動出力/重量比の3項目を設定しそれらの実現を目指している．
研究計画は交付申請書の研究実施計画に示した3段階で構成され，2019年度はi)ロボットの全身構造の性能を定量的に評価することで身体動作機能A～Cを実現できる身体構造の解析・設計法を明らかにし提案する構造の優位性を評価することと，ii)i)の設計法に基づてヒューマノイドを開発し研究プラットフォームとして完成させること，の2段階について実施した(2020年度と合わせて完遂される予定)．
まず，i)の実施について2019年度はロボットの各身体構成要素をモデル化し，身体動作機能A～Cとの関係性の定式化を行った．また加えて単関節試験機を製作しそれらのモデル化・定式化の実験による検証を行った．本研究では求められる身体動作機能を実現できる構造として駆動機構と骨格構造を一体化した構造を提案している．これらの成果により異なる駆動方式や関節構造を定量的に比較・解析できるようになり，従来のヒューマノイドの身体構造と提案する身体構造を比較し本研究で求める身体動作機能A～Cに関して提案する身体構造の優位性を示すことができた．
続いて，ii)の実施について課題開始時までに提案する駆動機構と骨格を一体化した身体構造を採用するロボットの脚部を開発しており，i)の定式化を通じて設計理論が一般化されたため提案する身体構造を脚部以外への適用する方法が明らかになった．2019年度では提案する身体構造を用いて腕部の開発に取り組んでおり，腕部機械構造の設計・組み立てまで完了した．
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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
研究実績の概要に示したi)ii)に関して2019年度では以下の成果を得ているため，おおむね順調に進展していると判断した．
まず，i)の実施については，駆動機構と骨格構造を一体化した構造を一般化することで，駆動出力/重量比などの性能を従来の構造と定量的に評価できるようになっただけでなく，その効果を有効に発揮できる関節駆動機構や関節軸配置，骨格形状を決定できるようになった．その設計論をまとめたものは国外でも評価され，ヒューマノイドロボット界において権威ある査読付き国際学会Humanoids2019においてMike Stilman Awardを受賞した(また同学会Best Oral Paper Award Finalist)．
また，ii)の実施については，計画では単関節試験機と脚部実験機の開発・調整を行う予定であったが，脚部の特定の関節において他の関節との構造上の相違から個別な設計が必要であることが判明しその改良作業が未完了である．しかし，単関節試験機によりその改良方策の見通しが立っており，その他の脚部関節の調整も完了している．また，上述した通り本来2020年度に行う予定であった腕部の開発を前倒しで開始している．
これらを鑑みて課題の進捗全体としては順調であると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度には単関節試験機と脚部実験機の開発を通して得た詳細技術を適用しながら腕部と頭部を開発し，全身ハードウェア上の細かな修正を行う計画である．
現状では腕部の機械構造組み立てのみ完了しているので，今後，腕部の電装や頭部の設計・組み立て・電装を行うことで，現在の脚部実験機の全身が完成する予定である．その際に2019年度に行った身体構造のモデル化と定式化が適用され大いにその有効性が示されると期待される．
また，理論的に優れているだけでなく開発プラットフォームとして実践的に利用可能なレベルまでハードウェアの完成度を向上し，
2021年度に設計・開発したヒューマノイドを用いて力覚センサを用いない電流規範の全身トルク制御則をする際にその新たなヒューマノイドを用いる計画である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究計画i)~iii)のうち2019年度と2020年度でi)ロボットの全身構造の性能を定量的に評価することで研究の目的に示した身体動作機能A~Cを実現できる身体構造の解析・設計法を明らかにし提案する構造の優位性を評価することとii)i)の設計法に基づいてヒューマノイドおｗ開発し腱キュうプラットフォームとして完成させることについて完遂する予定であった．そのうち予算使用額の大部分はii)が占めているが，2019年度は計画よりもi)を重点的に進めたことと，i)で開発した単関節試験機が想定よりも使用金額が少なかったこととが次年度使用額が生じた理由である．よって2020年度はii)に関して計画を進めることで2019年度に使用する予定であった金額を2020年度に充てることと，i)で削減された金額を計画ii)に充てることで使用する計画である．
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