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2020 年度 実績報告書

高バックドライバビリティを備えた変形制御に基づくレオロジーロボティクス

研究課題

研究課題/領域番号 20H02110
研究機関広島大学

研究代表者

妹尾 拓  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10512113)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード知能ロボティクス / 機械力学 / 感覚行動システム / 力制御 / ロボットマニピュレーション
研究実績の概要

本年度の研究成果をサブテーマごとに以下に示す.
(A) 変形モデルに基づく力制御手法の確立:ロボットハンドのように慣性が小さく関節摩擦が相対的に大きい機構に対してモデルベースの力制御手法を適用すると,パラメータ誤差の影響により挙動が不安定になる.この問題を解消するため,変形モデルから導出される目標位置を陽に計算し,力フィードバック制御系の内部に位置制御系を組み込んだ二重構造制御系を提案した.これにより,塑性変形に基づく受動的な緩衝軌道を生成すると同時に,パラメータ誤差に起因する振動の抑制が可能となった.
(B) 低摩擦特性を有する高バックドライブロボットの開発:磁石歯車を利用したグリッパを開発した.磁石による非接触のトルク伝達により物理的摩擦を無くすことで,出力軸側に負荷が加わった際にわずかなトルクで逆回転し,従来のロボットに比べてバックドライバビリティの高い柔軟な動作が可能である.機構全体を剛体で構成しているため制御が容易で高精度な位置決めも実行しやすい.指先側面あるいは掌に対して負荷が生じたときに受動的に両指が内側へスライドする機構を設計し,衝撃から把持動作への移行を効率的に実行できる構造となっている.
(C) 低衝撃高速マニピュレーションの実現:ロボットハンドの指モジュールに対して二重構造制御系を実装することで,ヒトがロボットを押したときに滑らかに動作するインタラクションタスクを実現した.提案した制御系に関する比較実験をおこない,安定した外力緩衝が可能であることを実証した.

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

本年度は,個別デバイスの開発や試作システム構築を中心におこなった.並行して,力制御ロバスト化の理論提案とインタラクションタスクによる実機検証をおこなった.サブテーマごとの状況も当初の計画以上に進展しており,順調に研究が進んでいる.

今後の研究の推進方策

今後の推進方策について,次年度では統合システムの開発および制御手法の実装とタスク遂行を並行しておこない,サブテーマごとに以下の方針で進める.
(A) 変形モデルに基づく力制御手法の確立:力センサは一般的にノイズが多く,指モジュールに対してサイズが大きい.また,接触点推定も同時に行う必要があるため力推定の精度が十分とは言い難い.これらの問題を回避するため,高分解能エンコーダで計測したバックドライブの回転量から接触力を推定し,力センサレスで高精度化可能な変形制御則を導出する.
(B) 低摩擦特性を有する高バックドライブロボットの開発:これまでに開発したロボットハンド・グリッパを改良しながら全体システムをブラッシュアップする.また,デバッグ/評価用として高速度カメラを導入し,特に衝撃吸収の瞬間に関してスローモーション映像によりインタラクション挙動を目視かつ画像解析で検証することで効率的に実験を進める.
(C) 低衝撃高速マニピュレーションの実現:机上に置かれた物体に対して,グリッパを減速せずに上方から振り下ろす形で高速に把持する突き指グラスピングを実現する.開発したグリッパにより衝撃力を関節で吸収しながら両指を受動的に閉じる動作を積極的に利用することで,衝撃緩衝と高速把持の両立を目指す.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Human Robot Hand Interaction with Plastic Deformation Control2020

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Murakami, Koki Ishimoto, Taku Senoo and Masatoshi Ishikawa
    • 雑誌名

      Robotics

      巻: Vol. 9, No. 3 ページ: 1-15

    • DOI

      10.3390/robotics9030073

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 野球ロボットシステム -高速ビジョンによる走攻守-2020

    • 著者名/発表者名
      妹尾拓
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌

      巻: Vol. 38, No. 4 ページ: 313-317

    • DOI

      10.7210/jrsj.38.313

    • オープンアクセス
  • [学会発表] High-speed Hitting Grasping with Magripper, a Highly Backdrivable Gripper Using Magnetic Gear and Plastic Deformation Control2020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Tanaka, Keisuke Koyama, Taku Senoo, Makoto Shimojo, and Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamic In-Hand Regrasping Using a High-Speed Robot Hand and a High-Speed Vision2020

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Higo, Taku Senoo, and Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      1st Virtual IFAC World Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Bolt Loosening Detection Using Multi-purpose Robot Hand2020

    • 著者名/発表者名
      Fumiya Shimada, Taku Senoo, Kenichi Murakami, and Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      2020 IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Robot Hand Interaction Using Plastic Deformation Control with Inner Position Loop2020

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Murakami, Koki Ishimoto, Taku Senoo, and Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      2020 IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics
    • 国際学会
  • [学会発表] Adaptive Visual Shock Absorber with Visual-based Maxwell Model Using Magnetic Gear2020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Tanaka, Keisuke Koyama, Taku Senoo, and Masatoshi Ishikawa
    • 学会等名
      2020 IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation
    • 国際学会
  • [学会発表] 6軸力センサを搭載したロボットハンドを用いた加振によるボトル内の液体判別2020

    • 著者名/発表者名
      島田史也, 村上健一, 妹尾拓, 石川正俊
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
  • [学会発表] 弾塑性変形制御を用いたヒューマンロボットインタラクション2020

    • 著者名/発表者名
      漆原昂, 村上健一, 妹尾拓, 石川正俊
    • 学会等名
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://www.robotics.hiroshima-u.ac.jp/members-jp/taku-senoo/

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公開日: 2021-12-27  

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