| 研究課題/領域番号 |
24220005
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
石川 正俊 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (40212857)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | ロボットビジョン / ビジュアルフィードバック / 知能ロボティクス / 高速画像処理 |
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| 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)高速知能ロボットの速度限界への挑戦
(A-1)ハンド/アーム：ダイナミックマニピュレーションの一例として，変化球の投球動作を想定し，ハンドアームによってボールの回転数を制御する軌道生成法を提案した．実機に実装して0～10rpsの回転ボールの投球をおこない，有効性を確認した．またシミュレーション解析によって，回転数を増加する主要因は手首の加速度であり，回転数を最大化するには加速度を単純に大きくすればよいわけではなく，極値が存在することがわかった．(A-2)下肢：高速視覚フィードバックを主体とした簡易かつ直観的なバランス制御を実現し，通常の二足ロボットで使用されているZMP規範制御から脱却した新たな走行アルゴリズムを提案した．開発したシステムの検証タスクとして，世界トップクラスの高速走行を実現した．さらに空中転回を実機で実現し，開発システムの能力の高さを実証した．
(B)高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
(B-1)高速３次元形状計測：開発したスタンドアロン高速ビジョンシステムの基礎検証として，高速書籍電子化におけるページめくりの画像処理へ適用し，動的撮像制御の有効性を確認した．また，センシングシステムを今後ロボットへ融合することを考慮し，電源や省配線などハードウェアの改良をおこない，一体化モジュールとしての小型化と機能強化をおこなった．(B-2)高速視線/焦点制御：前年度に引き続き，ロボット応用において重要となる液体可変焦点レンズについて研究を行った．ある種の液体は極めて高い分散を示し，色収差を生じてしまうことが判明したため，光学シミュレーションによって，高低の分散をもつ異なる液体の組を選択して色収差補正のための色消しダブレットを構築することで，より鮮明な画像が撮れることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度は全体として個別システムの開発と評価を中心におこない，主要成果である二足ロボットをはじめサブテーマごとの状況は当初の目標を上回るペースで進展している．
(A)高速知能ロボットの速度限界への挑戦
(A-1)ハンド/アーム：ハンドアームによるボールの回転数制御を実現したことから，ダイナミックな運動の一環として高速キャッチングのタスクへ移行する段階に到達した．同時に，精密な操り作業の実現するために高速・高位置精度アクチュエータの開発と指モジュールの試作をおこなったことから，検証実験による性能評価とアプリケーション応用に向けて進む段階に到達した．(A-2)下肢：要素レベルから高速性を追求した二足ロボットを開発し，二足制御のデファクトスタンダードであるZMP規範制御から脱却して，高速ビジュアルフィードバック主体の簡易なバランス制御を確立した．走り方も従来とは異なり，大きく前傾した姿勢やつま先のみの接地を許容するダイナミックな走り方が可能となった．以上から，ハードウェア/制御という相補的な両面から二足ロボットの技術的・理論的基盤を刷新する段階に到達した．
(B)高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
(B-1)高速３次元形状計測：高速なロボット制御のための高速3次元計測を中心とした画像センシングの確立に向けて、これまでにセンシングを実行する処理モジュール開発と性能評価に関する研究を進めてきた。現状は、設計や検証に関する研究がほぼ終わり、具体的なロボットへ応用していく段階に入りつつある。(B-2)高速視線/焦点制御：現在までの研究内容・成果は、ロボットビジョンに可変焦点レンズを応用するために基礎的な可変焦点デバイス開発と位置づけられている。現状は、デバイスの基本的な構造に関する研究がほぼ終わり、光学シミュレーションにおいて色収差の特性改善を確認した段階に到達した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の推進方策について，サブテーマごとに以下に示す．
(A) 高速知能ロボットの速度限界への挑戦
(A-1)ハンド/アーム：高速・高位置精度ハンドの検証と改造を継続的に実施すると同時に，高分解能なビジョンシステムを構築し，高速ビジュアルフィードバック制御においてボトルネックを排除した統合システムを構築する．ボールキャッチでは，衝突時における衝撃緩和と跳ね返りの抑制を目指して，エンドエフェクタの改良とインピーダンス制御の実装をおこなう．様々な方向と速度で飛んでくるボールのキャッチに対応するため，アーム軌道の高速化と高速ビジュアルフィードバックによってリアルタイムで軌道を補正する手法へ改良する．(A-2)下肢：メカニズムの改造を継続的に実施する．軽量化・省配線を徹底的に行うと同時に，衝撃緩和と滑り防止を両立するための足裏に関する柔軟特性・摩擦特性について検討する．現状で環境側に設置してある高速ビジョンをロボット本体にも搭載することで，走行において根幹的な技術となるバランス制御と外界認識の両者を高速ビジュアルフィードバックによってシームレスに実現することを目指す．
(B) 高速に変動する実環境・対象のダイナミック把握
(B-1)高速３次元形状計測：開発したスタンドアロン高速ビジョンモジュールを軸に、高速ロボットへの搭載を想定した開発を進める。具体的には，モジュールへの搭載を目指した新たなセンシングアルゴリズムの設計と開発を行う。また，ロボットへのセンシングモジュールの搭載に着手する。(B-2)高速視線/焦点制御：トラッキング対象視点の映像合成の高精度化に着手する．また，可変焦点レンズの応答速度の改善とコンピュータビジョンシステムとの融合をおこなうことで，ロボットビジョンに向けた高速焦点移動やズーム機能を実現し，新しい三次元計測手法の構築を目指す．
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