2021 Fiscal Year Annual Research Report
Rheology Robotics Based on Deformation Control with High Backdrivability
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20H02110
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
妹尾 拓 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (10512113)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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：力センサは一般的にノイズが多く，かつ指モジュールに対してサイズが無視できるほど小さくはないため取り付けが困難な場合が多い．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不十分となることが多い．これらの問題を回避するため，イナーシャシェイピングを利用することにより，力センサレスで実行可能な変形制御則を導出した．外力に対する応答特性をシミュレーションで検証し，塑性挙動の生成を確認した．
(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に関して，軸のねじれや脱調の解析およびラックピニオンの幾何パラメータの調整をおこなうことで制御性や応答特性を向上し，バックドライバビリティの高い柔軟な動作が可能となった．また，リアルタイムコントローラの導入および制御盤の設計・作成をおこない，通信系と電装系を統合した全体システムを構築した．
(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した．把持物体として，厚みのある木片と薄いコイン状のプラスチックに対して実験をおこない，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が可能となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は，統合システムの開発および制御手法の実装を中心におこなった．並行して，力センサレス手法の理論提案と衝突把持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．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，受動的に力緩衝が可能な塑性変形制御を接触力が指定可能な制御理論へ拡張をおこなう．システム開発として，ロボットハンド機構に加えてロボットアームを導入してシステム拡張をおこなう．同時に，制御理論とシステム開発の検証タスクとして，実機実験を割り当てて有効性を実証する．サブテーマごとに以下の課題を設定する．
(A)受動/能動統合制御：変形モデルにおいて変形の平衡点となる初期位置・初期速度を強制的に変更することで，明示的に接触力を調整できるように変形制御を拡張し，受動的な力制御と能動的な力制御を統一的に記述可能な理論的枠組みを整備する．
(B)実験プラットフォーム：開発するロボットハンドに加えてロボットアームを導入し，全体システムを拡張する．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)非停止ピック＆プレース：ランダムに置かれたワークに対して，水平/垂直方向の把持戦略を統合し，ワーク接触前のプリシェーピングやプレース時のリリース動作において明示的な目標値追従を実現することで，受動/能動統合制御を実証する．
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