| 研究課題/領域番号 |
20H00226
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
稲葉 雅幸 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (50184726)
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| 研究分担者 |
菅井 文仁 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任講師 (30739256)
野田 晋太朗 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (30825104)
趙 漠居 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (30825378)
浅野 悠紀 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 助教 (40783080)
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)
木村 航平 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任助教 (50839230)
垣内 洋平 東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 特任准教授 (70501328)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | ロボティクス / 認識行動制御システム / 多態変形機構 / トランスフォーマ / ヒューマノイド / 飛行ロボット / 水中ロボット / センサ融合システム |
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| 研究実績の概要 |
本研究は，陸・海・空を移動し，作業できるロボットシステムの構成法を明らかにし，災害現場等でのロボット利用を拡大しようとするものであり，従来想定されていた環境を越えて自由に移動し，工具や対象物を操作できる多態推進操作機構の構築が目的となっており，移動と作業が可能な汎用ロボットシステムの認識行動制御系の獲得法を理論と実験の両面から明らかにするという学術的に高い目標をもつものである．移動，変形，道具操作，ロボット身体の分解組立機能については，それぞれに学術的・技術的課題が多く，統一的に取り扱うことのできる学術的理論構築が期待される研究テーマであり，空中飛行，水中遊泳など地上の各種環境場面において，移動し作業するロボットを実現するためには不可欠な研究課題をテーマとしている．
具体的には，一台のロボットが異なる環境を移動し作業できるようにその形態を変形する多態の身体構造を備えたロボットの構成法を明らかにし実機での実証を行うこととなり，(a) 陸・海・空を移動し，作業可能なロボットの統一的なシステム構成法，(b) 多様な環境に適応し多様な身体態様を変形遷移し体勢操作制御法，(c) 多彩な道具作業の操縦に基づく操作認識・修正補助・獲得方式，(d) 多態推進作業機構を備えた全身表現からのロボット身体の分解組立法生成，を主軸に，従来のロボットに想定された運用環境を越えた環境に対しても自由に移動し，作業する汎用ロボットシステムの認識行動制御系の獲得法を理論と実験の両面から明らかにする計画となっており，
本年度は，(A),(B)の項目を進めつつ，空中，水中環境での多態推進行動可能なロボットの実現と(A),(B)の評価実験を進め，初年度で空中と水中環境での初期実験が可能な体勢となった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は，機構と制御の要素だけでなく，空中飛行，水中遊泳などでの実験も可能となり，計画以上の進展が可能となった．計画に挙げた項目に関しては以下のようにまとめられる．
(A) 多態推進操作機構と全身の機構配置表現の構築
水環境のための各機構要素の防水実装と環境整備を行い，人型ロボットを構成して，水上遊泳が可能な駆動機構と制御システムの構築と評価を行った．着脱可能性のために通信系を無線化する必要があると考え，電波モジュール，光通信モジュールの選定検討を行い，近距離で他への影響が無い光通信方式での通信系の構築と通信ソフトウェア環境を整備し，脱着可能性の評価実験を行った．全身の機構配置表現としては，構成要素の接合部に座標系と名前を設定し，座標系間の相対関係指定による要素間連結制約記述法を設定し，その記述列から直列結合や分岐結合などの表現から，全身への構成記述が可能となるソフトウェアモジュールを構成し，基本要素モジュール間の結合を名前で指定することで，ヘビ型，2脚2腕，4脚，6脚など各種形態のロボットを表現法を構築した．
(B) 移動時の位置・外力・姿勢推定と移動推進制御
身体の構成要素間を結合するジョイント機構部に組込み可能なセンサモジュール基板を開発し，姿勢推定と外界認識のためのセンサモジュールを構成し，情報取得とフィルタリング処理のソフトウェア環境を構成した．姿勢推定には3軸加速度センサ，3軸各加速度センサを統合し，地磁気センサのキャリブレーションが可能であれば地磁気センサも利用可能な姿勢推定機能を構成した．外部環境の認識機能としては，小型カメラモジュールに対して，顔発見，領域色発見などの対象発見機能を30ヘルツ程度で検出するカメラセンサモジュールを実装し，水中実験ロボット，飛行実験ロボットを構成して視覚認識に基づく動作制御が可能なことを確認した．
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| 今後の研究の推進方策 |
(A) 多態推進操作機構と全身の機構配置表現の構築
多態推進操作機構の着脱可能な構造として，組み替え，関節変形により，移動時に駆動が必要ない関節は，固定化可能とし姿勢保持の効率を上げるなどの方策を整理する．推進機構，駆動機構，接続要素として，車輪，ロータ推進，脚，懸垂等の推進機構，多指構造，吸引装置，複合機能ハンドなどの操作機構，無限回転関節，往復回転関節，往復直動関節などの駆動機構，剛体，粘弾性体，各種対偶機構，脱着機構の要素接続要素などを考え，これらの要素を全身に配置する機構配置表現を構築する．
全身の機構配置には，移動時の全身姿勢と作業時の姿勢を考え，それぞれの間で形態変形が必要であれば，それぞれの姿勢間での遷移手順を考え，ロボット身体記述を行い，活動環境における移動体勢と操作体勢の生成可能性をプログラムにより自動探索する方式を考える．関節駆動の可動範囲，必要トルク，重量情報等から必要となる姿勢，運動が可能かどうかの検査を全身配置情報に基づいてシミュレーションし，推進機構，駆動機構，接続要素モジュール化したもので構成できる方法とし，それぞれの選定を定めてゆく仕組みを探索させる．
(B) 移動時の位置・外力・姿勢推定と移動推進制御
姿勢推定と外界からの相対位置推定に加えて，外力推定のために必要なセンサモジュールの開発と実装を行う．さらに，車輪推進力，脚歩行床反力，水中空中浮遊推力の計測・推定法を整理し，具体的な推進機構での設計実装を進める．小型多態ロボットでの姿勢制御のために視覚，関節負荷，末端効果力センサ，全身姿勢センサを複合利用した外力・姿勢推定を行い，分散配置されている推進機構の推力制御を行う，全身構造としては，2脚，4脚，6脚など代表的な身体構成において，水中・水上での遊泳動作の生成法をシミュレータ環境と統合して利用しつつ移動推進制御環境を構築してゆく．
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