ヒューマノイドによるロープを道具として用いる多種全身移動動作実現

仿人机器人以绳索为工具实现各种全身运动动作

• 批准号: 20J13773
• 负责人: 板東 正祐
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13773/
• 关键词: 双腕ロボット; 全身動作生成; ロープマニピュレーション; 動的マニピュレーション; 等身大ヒューマノイド; 懸垂降下; 高所作業動作

ロープを道具として用いるヒューマノイドの動作生成という研究目的に基づき、台車型双腕筋骨格ヒューマノイドを用いて、ロープのマニピュレーションの動作生成についての研究を行った。これまでの研究内容ではロープを用いて静的な力の釣り合いが成立している状態における動作を扱っていたが、さらに可能となるマニピュレーションの範囲を拡大するため、ロープという柔軟な物体を動的に扱う動作を生成することを研究の目標とした。具体的な動作例として、ロープの一端をロボットが把持した状態で、ロープ全体を動的に操作する動作に焦点を当て、ロープ回しの動作生成を実現することを目指した。人間によるロープ回し動作の手先軌道を解析し、その軌道をもとにロボットの手先位置の軌道の生成を行った。加えて、動作中のロープの力学的な釣り合いの条件から、目標動作を実現するために要求される手先の速度条件を近似的に定式化した。その条件をもとに手先の動く軌道を生成し、腕の各関節の角速度制約および可動範囲を考慮して逆運動学を解くことによって、実行可能な動作軌道の生成が行えることを示した。提案手法の性能を確認するため、ロープを近似的に再現したシミュレーション環境において、生成されたロープ回しの動作を検証し、実機実験の前に最適なパラメータの推定を行った。シミュレーションによる検証後、生成した動作を実際に実機において実行し、目標とするロープ回しが実現されることを確認した。

基于为以绳索为工具的类人机器人生成运动的研究目的，我们对使用车形双臂肌肉骨骼类人机器人进行绳索操纵的运动生成进行了研究。以前的研究涉及使用绳索建立静态力平衡状态下的运动，但为了进一步扩大可能的操纵范围，我们开发了一种柔性物体的动态绳索作为研究的目标。的目的是生成可以以相同方式处理的运动。作为一个具体的运动示例，我们重点关注机器人抓住绳索一端时动态操纵整根绳索的运动，并旨在生成旋转绳索的运动。我们分析了人类旋转绳子运动的手部轨迹，并根据该轨迹生成了机器人手部位置的轨迹。此外，我们还根据绳索运动过程中的动平衡条件，近似公式化了实现目标运动所需的手速条件。我们表明，通过基于这些条件生成手部运动轨迹并考虑角速度约束和手臂每个关节的运动范围求解逆运动学，可以生成可执行的运动轨迹。为了确认所提出方法的性能，我们在近似绳索的模拟环境中验证了生成的绳索转动运动，并在用实际机器进行实验之前估计了最佳参数。经过仿真验证，生成的运动在实机上实际执行，确认可以实现目标绳索转动。