2018 Fiscal Year Annual Research Report

Macro/micro-type assembly robot system that can acquire human skills through direct teaching

Research Project

Project/Area Number	17H01802
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	横小路泰義神戸大学, 工学研究科, 教授 (30202394)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	田崎勇一神戸大学, 工学研究科, 准教授 (10547433) 土橋宏規和歌山大学, システム工学部, 講師 (50634490)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	組み立て / スキル移植 / 直接教示 / 変種変量生産 / はめ合い作業
Outline of Annual Research Achievements	１．3次元組立作業用のマクロ・マイクロ型ロボットシステムの構築：3次元の動作が可能な6自由度パラレル機構の設計を進める前に，パラレル機構の手先等価慣性を導出するための定式化を行った．この定式化に基づき手先の等価慣性がなるべく等方的となり，かつ必要な動作範囲が確保できるような6自由度パラレル機構の設計を行った．マイクロ機構に搭載可能な並行スティックハンドの設計に関しては，3指構成のチャック型平行スティックハンドを想定し，円柱形状以外の任意の形状の部品を把持するための指配置問題を幾何学的に解く手法を導出した．２．３次元はめ合い作業の直接教示からスキルの抽出と再生：現有の４指平行スティックハンドと６軸垂直多関節型産業用ロボットを組み合わせて，WRSの製品組立チャレンジ・トライアル競技で使用したギヤユニットの治具レス組立を試みた．今年度は実験システムにビジョンセンサを導入し，作業エリア内であればどの位置と向きに部品を置いても正しく部品を把持することができるようにした．ギヤのはめ合い作業など繰り返し精度の高いロボット独自の作業スキルを抽出したが，今年度はそのロバスト性を検証した．３．接触状態遷移を伴うはめ合い作業の物理シミュレーション手法の検討：昨年度構築したシミュレーション環境をベースに，動力学ミュレータとしてAGX Dynamicsを使用することにした．またシミュレーションで用いる部品のモデルは，標準的なstl形式ではシミュレーションの挙動が不安定になる現象が発生したため，obj形式に変更した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason １．3次元組立作業用のマクロ・マイクロ型ロボットシステムの構築：昨年度構築した2次元平面内で動作する簡易的なマクロ・マイクロロボットでペグはめ作業の教示再生実験を行った結果，操作性に異方性があり直感的な教示が難しいことが判明した．操作性に異方性があるのは，パラレル機構の手先での等価慣性に異方性があるためだと考え，3次元の動作が可能な6自由度パラレル機構の設計を進める前に，パラレル機構の手先等価慣性を導出するための定式化を行った．この定式化のために申請当初の予定を変更し，繰越申請を行った．２．３次元はめ合い作業の直接教示からスキルの抽出と再生：6自由度パラレル機構のマイクロロボット及びその先に取り付ける回転式チャック型平行スティック三指ハンドの製作が当初予定より遅れたため，現有の４指平行スティックハンドと６軸垂直多関節型産業用ロボットを組み合わせて，WRSの製品組立チャレンジ・トライアル競技で使用したギヤユニットの治具レス組立を試みた．今年度はビジョンシステムと統合し，任意の部品配置からでも組立が可能とした．３．接触状態遷移を伴うはめ合い作業の物理シミュレーション手法の検討：まず産総研が開発した動力学ミュレータであるAIST Simulator（Choreonoidに標準付属）を用いたところ，部品同士の食い込みが大きく実機での挙動の再現性は低かったので，Algoryx Simulation AB社（スウェーデン）で開発されたAGX Dynamicsを使用することにした．またシミュレーションで用いる部品のモデルは，標準的なstl形式ではシミュレーションの挙動が不安定になる現象が発生したため，obj形式に変更したところ解決した．stl形式では頂点データの丸め誤差が影響したものと思われる．
Strategy for Future Research Activity	3次元組立作業用のマクロ・マイクロ型ロボットシステムの構築に関しては，設計した 6自由度パラレル機構のパラメータの見直しの後，早急に製作を進める．マイクロ機構に搭載可能な平行スティックハンドの設計に関しては，直動機構では機構の特性上コンパクト化が難しいため，正三角形配置であれば回転式であっても指配置問題では同様に扱えるので，本研究では回転式チャック型平行スティック三指ハンドを設計し，こちらも早急に製作する．直接教示からのスキル抽出と再生については，6自由度パラレル機構の製作が遅れたため，現有の折り紙ロボットを用いて直接教示からのスキル抽出と再生を行う．はめ合い作業の物理シミュレーション手法の検討に関しては，動力学シミュレータは AGX Dynamics，部品のモデル表現形式としてはobj形式との組み合わせ良いことが分かったので，シミュレーションを行った際に実機実験と同じ結果となる条件を検討する．