多指ハンド型ロボットアームを用いた介助システムの研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13680956
• Research Institution: Kanagawa Institute of Technology
• Principal Investigator: 河原崎 徳之 神奈川工科大学, 工学部, 講師 (20177752)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西原 主計 神奈川工科大学, 工学部, 教授 (60257409)
• Keywords: 多関節型ロボットアーム / 多指ハンド / 把握動作計画 / 高速度カメラ / つかみ動作 / ジェスチャ認識 / 距離画像 / 協調作業

Research Abstract

本研究では、人間の手指に似た多関節多指ハンドを備えたロボットアームが、人の生活環境において人と協調して動作できる知的介助システムの開発を目的とした。本研究を遂行するに当たり、3つのサブテーマを設定し、以下にその各々についての結果を示す。
1.多関節多指ハンドアームの動作計画
6自由度多関節型ロボットアームの先端に9自由度の3本指ハンドを取り付けた多関節多指ハンドアームの動作計画手法を確立した。多指ハンドに関しては、「把握平面の設定」「指先接触点の設定」および「手首位置の設定」の3つの段階に問題を分割することにより、効率よく把握形状を求めることができる。また、いくつかのヒューリスティックスによる優先探索手法を用いて、把握形状が短時間のうちに求められることをシミュレーションにより検証した。
2.人のつかみ動作の解析
多指ハンドの動作に反映させるため、高速度カメラを用いて人のつかみ動作を解析した。被験者が目の前に置かれた対象物(丸プラスチック小物体)をつかむようすを3台の高速度カメラ(250[Frames/sec])で撮影した。その後、画像解析ソフトウェアにより手首と親指、中指、人差し指の先端の3軸(x,y,z軸)変位や速度を計測した。その結果、人は近い物体より遠い物体の方を早くつかみ、物体の遠近にかかわらず全体の動作時間に差がないという知見が得られた。つまり、把握物体までの距離とつかみ速度とは比例する傾向にあることがわかった。
3.ジェスチャを用いた人とロボットの協調作業システム
人と協調して作業させるためのジェスチャ(手の形状)によるロボット動作システムを開発した。3眼ステレオビジョンを用いて、距離画像や色情報を用いて手や対象物の認識を行う。手の部分をハンド部とフィンガー部に分けることにより、効率よく手形状を認識することができた。本システムにより、ジェスチャ命令による対象物の受け渡し動作をロボットに実現させた。

Research Products

• [Publications] Noriyuki Kawarazaki, Nobuto Kashiwagi, Ichiro Hoya, Kazue Nishihara: "Manipulator Work System Using Gesture Instructions"Journal of Robotics and Mechatronics. Vol.14 No.5. 506-513 (2002)
• [Publications] Noriyuki Kawarazaki, Ichiro Hoya, Kazue Nishihara, Tadashi Yoshidome: "Cooperative work system between Manipulators and Humans Using Trinocular Stereo Vision"Proc. of the Fourth Int. Conf. on Machine Automation. 113-120 (2002)
• [Publications] Kazue Nishihara, Noriyuki Kawarazaki, Tadashi Yoshidome, Qiang Gao: "Study on Recognition methods of Hand Waving"Proc. of the 3rd China-Japan Symposium on Mechatronics. 1-5 (2002)