Autonomous Gait Control for a Free-Climbing Robot in Consideration of the Terrain Information and the Gripping Mechanics

考虑地形信息和抓取力学的自由攀爬机器人自主步态控制

基本信息

批准号：
19J20685
负责人：
宇野健太朗
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は地形の情報やグリッパの力学，そしてロボットの転倒安定性などの複数項目を考慮しながらロッククライミング移動するための自律ロボットの具現化である．最終年度である本年度は，前年度に完成させた4脚型クライミングロボットHubRoboによる完全自律クライミング移動実験を成功させることができた．この実証実験を成功させるにあたって獲得できた研究成果は下記にまとめられる．壁や天井をクライミング移動するロボットの転倒リスクを力学的に評価できる指標として，重力慣性加速度（Gravito-Inertial Acceleration, GIA）に着目したGIAマージンを定義した．そしてGIAマージンと従来のロボットの脚の可動性を目的関数に組み込んだ最適化計算にもとづくロボットベースのプランニング手法を構築することで，ロボットが転倒することなく，かつ，ロボット関節にとって実現不可能な姿勢に陥ることなく安定したクライミング移動を計画する手法を確立した．本手法は前年度完成させた脚型クライミングロボットの動力学シミュレータであるClimbLabを用いて有効性を確認した後，HubRobo実機に実装して実証実験を行った．最終的に，前年度までに開発してきた要素技術である地形環境地図生成および自己位置推定，把持可能点検出，そして離散把持候補点上の経路計画技術と組み合わせることで，HubRoboは，（１）RGB-Dセンサで3次元地形をセンシングし地形環境地図を生成して，（２）脚先に装備した鉤爪型グリッパで把持可能な凸部形状を地図内に検出し，（３）検出した把持可能点の分布と目的地方向を考慮して次に繰り出すべき脚とその把持点を選択して，（４）転倒安定性と脚の可動性の条件を同時に満たすベースの運動を計画し安定的に一歩を繰り出す，といった動作を繰り返す完全自律クライミング移動を実現することができた．

这项研究的目的是实现一种自主机器人，可以在攀岩时移动，同时考虑地形信息、抓手力学和机器人坠落稳定性等多项因素。今年，也就是最后一年，我们利用前一年完成的四足攀爬机器人HubRobo成功进行了完全自主的攀爬运动实验。为使本次示范实验取得成功，所取得的研究成果总结如下。我们定义了GIA裕度，主要关注重力惯性加速度（GIA），作为一个可以动态评估机器人攀爬墙壁和天花板跌倒风险的指标。通过构建基于优化计算的机器人规划方法，将 GIA 裕度和传统机器人腿部移动性纳入目标函数，我们将能够防止机器人翻倒，并避免机器人关节无法解决的问题。建立了一种计划稳定攀登动作而不会陷入某种姿势的方法。在使用去年完成的腿式攀爬机器人动力学模拟器 ClimbLab 确认了该方法的有效性后，我们通过在实际的 HubRobo 机器上实施该方法进行了演示实验。最后，通过结合前一年开发的基础技术：地形环境地图生成、自身位置估计、可抓取点检测以及离散可抓取候选点的路径规划技术，HubRobo将实现（1）通过RGB-D传感器并生成地形环境地图，(2)用附在腿尖上的爪式抓手抓取它。检测地图中可能的凸形状，（3）通过考虑检测到的可抓握点的分布和目的地方向来选择下一条要延伸的腿及其抓握点，以及（4）确定跌倒的稳定性。通过规划同时满足足部和腿部活动条件的基础动作，并重复稳定迈步等动作，实现完全自主的攀爬运动。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Low-Reaction Trajectory Generation for a Legged Robot in Microgravity

微重力下腿式机器人的低反应轨迹生成

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Warley F. R. Ribeiro;Kentaro Uno;Kazuya Yoshida
通讯作者：
Kazuya Yoshida

Non-Periodic Gait Planning Based on Salient Region Detection for a Planetary Cave Exploration Robot

基于显着区域检测的行星洞穴探测机器人非周期步态规划

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kentaro Uno;Yusuke Koizumi;Keigo Haji;Maximilian Keiff;Simon Harms;Warley F. R. Ribeiro;William Jones;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
通讯作者：
Kazuya Yoshida

ClimbLab - Climbing robot Matlab simulator

ClimbLab - 攀爬机器人 Matlab 模拟器