Development of a full-body force sensing system for improving collision safety of multi-legged robots

开发全身力传感系统以提高多足机器人的碰撞安全性

• 批准号: 20K14692
• 负责人: 梅本 和希
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14692/
• 关键词: 全身力覚センシング; 多脚ロボット; 拡張状態オブザーバ; 外乱オブザーバ; 接触力推定; オブザーバ

本研究の目的は，多脚ロボットの移動時の安全性を高めるための，全身力覚推定システムの構築である．本システムはギャロップ走行などの早い移動時の衝突で故障しないものでなければならない．本システムは申請者らが過去に提案した直列弾性アクチュエータ(SEA)を備える多脚ロボットの力覚センサレス足先反力推定法を拡張して足先反力に加え胴部に働く力とモーメントを同時に推定し，さらに力とモーメント推定に基づく胴部への力が加わる位置の推定を組み合わせることにより実現される．推定法は2段階で構成され，1段階目は力とモーメントの動的推定，2段階目は接触位置推定である．また，開発したロボットに適用し，推定精度とリアルタイム性を検証する．研究実施手順は以下の通りである．全身力覚推定法を構築し，まず1段回目の動的推定で要する計算時間と遅れ時間の計測を行う．2段階目の接触位置推定の計算時間の計測を行う．システム全体を統合し全身力覚推定システムの推定遅れと誤差を評価する．令和４年度の研究実績は下記の通りである．全身力覚センシングシステムの有効性の実験的評価を行うための実験システムとして，ウレタンゴムSEAを用いた多脚ロボットを制作した．この実験システムを用いて，足先が受ける力の推定および胴部が受ける力の推定システムを実装し，検証実験を行った．昨年度までに構築した全身力覚推定システムは，胴部に印加される力の位置も推定可能であるが，本年度は実装・試験を行っていない．

本研究的目的是构建全身力估计系统，以提高多足机器人移动时的安全性。该系统不得因疾驰等快速运动过程中的碰撞而失效。该系统扩展了申请人过去提出的用于配备串联弹性致动器（SEA）的多足机器人的无力传感器脚趾反作用力估计方法，除了脚趾反作用之外还计算作用在躯干上的力和力矩。这是通过结合基于力和力矩估计的同时估计和对躯干施加力的位置的估计来实现的。该估计方法分为两步：第一步是力和力矩的动态估计，第二步是接触位置估计。我们还将把它应用到开发的机器人上，并验证其估计精度和实时性能。研究实施流程如下。我们构建了全身力估计方法，并首先测量第一阶段动态估计所需的计算时间和延迟时间。测量接触位置估计第二阶段的计算时间。我们集成整个系统并评估整个身体力估计系统的估计延迟和误差。 2020财年的研究结果如下。我们使用聚氨酯橡胶 SEA 作为实验系统创建了一个多足机器人，以实验评估全身力传感系统的有效性。利用该实验系统，我们实现了评估脚趾受力和躯干受力的系统，并进行了验证实验。去年建立的全身力感估计系统也可以估计施加在躯干上的力的位置，但今年还没有实施或测试。