可変環境への適応と改変を利用したヘビ型ロボットの超冗長制御

利用对可变环境的适应和修改对蛇形机器人进行超冗余控制

• 批准号: 21H01285
• 负责人: 田中 基康
• 金额: $ 8.24万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01285/
• 关键词: ヘビ型ロボット; 制御; 適応; 改変; 冗長; 冗長性

（１）柔軟環境のモデル化：①紐状の柔軟物をモデル化し，ロボットが摩擦力を効果的に発生させることで紐を登るタスクを検討対象とした．紐状柔軟物とロボットとの摩擦力は，体幹に巻き付く紐の巻き角と力により推定できる．②柔軟環境として粉体環境（砂地など）を想定し，生物のヘビの運動を参考にしながら，潜る動作を一つモデル化した．（２）移動剛体環境での環境適応制御：実センサの特性を考慮し，前年度提案した制御手法に改良を施した．固定柔軟環境での環境適応制御：断熱材上のフィルムの偏りを軽減する動作手法を提案し，シミュレーションで検証を行った．（３）近接覚センサの完成：（２）の検証で用いるための近接覚センサのキャリブレーションを実施し，実機搭載が可能な状態にした．触覚センサの開発：ヘビ型ロボットが柔軟環境との接触状態を認識するための触覚センサの開発を行った．巻き角と力を推定可能である．検出方式には気圧式を採用し，32個の気圧センサ素子を2段の放射状に配置し，ウレタンゴムとシリコーンゴムを用いた被膜方法によって，紐状柔軟物との巻き付きに必要な外形と摩擦特性をもち，その全域の接触を検知可能な構成を実現した．成果は次年度に学会発表予定である．（４）検証実験：近接覚センサを搭載した実機を開発し，前述（２）の検証実験を実施し，提案制御則の有効性を確認した．（計画外）①粉体環境について実機実験を基にした，粉体への潜行動作最適化のための方法について考察，実験のための環境構築と予備的な実験，簡略化された物理モデルに基づき，潜行動作の物理的妥当性について議論するための検討を行った．②ヘビ型ロボットの全身と環境との相対位置を認識するためのシステムおよびアルゴリズムの検討を開始した．SLAMの性能を損なうことなく，センサの実装位置の不確かさに同時に対処可能なアルゴリズムを開発した．

（1）对灵活的环境进行建模：1）考虑通过有效产生摩擦力来建模类似字符串的柔性对象并攀登弦的任务。可以通过围绕核心围绕的字符串的绕组角度和力量来估计弦状柔性对象和机器人之间的摩擦力。 ②我们将粉末环境（沙区等）视为灵活的环境，并在参考生物运动的同时对潜水作用进行了建模。 （2）移动刚性环境中的环境自适应控制：考虑到实际传感器的特征，上一年提出的控制方法得到了改善。在固定的柔性环境中的环境自适应控制：我们提出了一种操作方法，以减少膜上隔热的偏差，并通过模拟对其进行测试。 （3）接近传感器的完成：对接近传感器进行校准以用于（2）的验证，并使安装实际设备成为可能。触觉传感器的开发：我们为蛇形机器人开发了触觉传感器，以识别与灵活环境的接触。检测方法使用大气压力类型，具有32个大气压力传感器元件以两种径向层排列，使用氨基甲酸酯橡胶和有机硅橡胶具有包裹弦样柔性材料所需的外部形状和摩擦特性，并且能够在整个区域检测接触。结果将在明年会议上介绍。 （4）验证实验：我们开发了一台配备接近传感器的实际机器，并进行了上述验证实验（2）以确认所提出的控制规则的有效性。 （计划外）1）进行了一项研究，讨论了基于对粉末环境的实际机器实验来优化粉末阴险作用的方法，并讨论了基于实验和初步实验环境的构建的阴险动作的物理有效性，以及简化的物理模型。 2）我们已经开始研究系统和算法，以识别蛇形机器人与其整个身体和环境的相对位置。我们已经开发了一种算法，该算法可以同时处理传感器安装位置的不确定性，而不会损害大满贯的性能。

项目成果

Development of an articulated mobile robot moving on magnetic curved walls and passing over obstacles

• DOI: 10.1080/01691864.2022.2138720
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Advanced Robotics
• 影响因子: 2
• 作者: Shotaro Ueno;Mizuki Nakajima;Motoyasu Tanaka

区分的螺旋形状によるヘビ型ロボットの障害物利用推進

使用分段螺旋形状促进蛇形机器人对障碍物的使用

• 发表时间: 2021
• 作者: 鈴木 聡;石田 忠;松尾瑛，山川雄司;高梨拓朗，中島瑞，田中基康
• 通讯作者: 高梨拓朗，中島瑞，田中基康

Obstacle-Aided Locomotion of a Snake Robot Using Piecewise Helixes

使用分段螺旋的蛇形机器人的障碍辅助运动

• DOI: 10.1109/lra.2022.3194689
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Robotics and Automation Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Takanashi Takuro;Nakajima Mizuki;Takemori Tatsuya;Tanaka Motoyasu
• 通讯作者: Tanaka Motoyasu

Control and Applications of a Wheeled Cord-like Robot

轮式绳索机器人的控制及应用

• DOI: 10.7210/jrsj.40.294
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Robotics Society of Japan
• 作者: Tamura Ryuya;Horikoshi Tomoki;Sakaino Sho;Tsuji Toshiaki;Tanaka Motoyasu
• 通讯作者: Tanaka Motoyasu

Principle of object support by Rope deformation and its application to Rope climbing by snake robot

绳索变形支撑物体的原理及其在蛇形机器人爬绳中的应用

• DOI: 10.1080/01691864.2023.2170189
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Robotics
• 影响因子: 2
• 作者: Watanabe Ryota;Tanaka Motoyasu
• 通讯作者: Tanaka Motoyasu