軟弱路面を超安定姿勢で移動可能な脚型ロボットの腹ばい運動生成に関する研究

软路面超稳定姿态移动腿式机器人俯卧运动生成研究

• 批准号: 18J13950
• 负责人: 松澤 貴司
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18J13950/
• 关键词: 腹ばい運動; 着地可能領域の導出; 評価関数に基づく足先軌道生成; 瓦礫路面のモデル化; 路面高さ検出; 脚ロボット; 不整路面; 腹ばい移動; 強化学習

本研究では，瓦礫のように不安定な路面を超安定姿勢で移動可能な４肢ロボットの腹ばい運動生成法の開発を目的としている．令和元年度では，(i) 評価関数に基づく全方向腹ばい運動生成，(ii)路面の分類，(iii) 環境認識センサによる路面情報取得に取り組んだ．提案手法の有効性を，４肢ロボットWAREC-1Rのモデルを用いて評価した．(i)に関しては，指定された任意の進行方向に対して立脚期の安定性と移動速度向上を両立する腹ばい運動の生成法の開発に取り組んだ．具体的には，定義した脚の足先着地可能領域内において，進行方向に対して足先の繰り出し長さと立脚期の安定余裕が大きくなる足先軌道を評価関数に基づいて決定するという手法を提案した．評価実験において，前後左右および斜め方向のいずれにおいても立脚期の安定性を確保しながら腹ばい運動が可能であることを確認した．また，ロボットの右後方脚を用いない場合の腹ばい運動に関しても，立脚時のロボットの安定性が確保され，右後方脚が地面に接触することなく前進できることを確認した．(ii)に関しては，動力学シミュレータ上で作成した瓦礫モデルの妥当性を確認するため，(i)で述べた腹ばい運動生成法を評価した．瓦礫の個数や質量，寸法などのパラメータを変更することで，腹ばい運動の踏破性に違いが生じることを確認した．(iii)に関しては，ロボットに搭載した深度センサを用いて取得した点群データを基に，ロボット前方に存在する路面の高さを検出することに成功した．具体的には，点群処理ライブラリのPCL（Point Cloud Library）を用いて点群から平面を抽出し，路面の高さを読み取るアルゴリズムを構築した．これにより，腹ばい運動によって前進できるかを判断するための情報が得られるようになった．

这项研究的目的是开发一种为四肢机器人产生俯卧运动的方法，该机器人可以在碎片等不稳定的道路上以超稳定的姿势移动。 2019年，我们致力于（i）基于评估函数的全向爬行运动生成，（ii）路面分类，以及（iii）使用环境识别传感器获取路面信息。使用四肢机器人 WAREC-1R 模型评估了所提出方法的有效性。关于（i），我们致力于开发一种产生俯卧运动的方法，该方法既能实现站立阶段的稳定性，又能提高任何指定运动方向的运动速度。具体来说，该方法使用评估函数来确定足部轨迹，该轨迹增加了足部伸展的长度以及在我提出的足部可以着地的定义区域内的运动方向上的稳定性裕度。在评估实验中，我们确认可以在保持站立阶段向前、向后、向左、向右和对角方向保持稳定性的同时进行俯卧运动。此外，我们还确认，即使机器人在趴着爬行时不使用右后腿，也能确保机器人在站立时的稳定性，并且在右后腿不接触地面的情况下能够向前移动。关于（ii），为了确认在动态模拟器上创建的碎石模型的有效性，我们评估了（i）中描述的爬行运动生成方法。经证实，改变碎片的数量、质量和尺寸等参数会影响爬行运动的可通过性。关于（iii），我们根据使用安装在机器人上的深度传感器获取的点云数据成功地检测了机器人前方路面的高度。具体来说，我们使用点云处理库PCL（Point Cloud Library）从点云中提取平面，并构建了读取路面高度的算法。这使得获得信息来确定机器人是否可以通过胃爬行的方式前进。

项目成果

極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３１報：胴体接触を活用した４肢ロボットの段差乗り越え運動生成法）

开发可在极端环境下工作的灾难响应机器人（第31次报告：利用躯干接触为四肢机器人生成阶梯攀爬运动的方法）

• 发表时间: 2019
• 作者: 松澤貴司;名村圭祐;孫瀟;内藤博;佐藤丈弘;寺江航汰;村上将嗣;吉田駿也;伊藤明;近藤貴久;高西淳夫;橋本健二;松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，高西淳夫;松澤貴司，松原孝将，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫
• 通讯作者: 松澤貴司，松原孝将，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫

End-effector with a Hook and Two Fingers for the Locomotion and Simple Work of a Four-limbed Robot

带有钩子和两个手指的末端执行器，用于四肢机器人的运动和简单工作

• 发表时间: 2018
• 作者: Takashi Matsuzawa;Asaki Imai;Kenji Hashimoto;Tomotaka Teramachi;Xiao Sun;Shunsuke Kimura;Nobuaki Sakai;Yuki Yoshida;Kengo Kumagai;Takanobu Matsubara;Koki Yamaguchi;and Atsuo Takanishi
• 通讯作者: and Atsuo Takanishi

極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３４報：４肢ロボットの足先姿勢を考慮した着地可能領域決定法および安定性に基づく腹ばい運動の全方向移動実験）

可在极端环境下工作的救灾机器人的研制（第34次报告：考虑四肢机器人足部姿势的着陆区域确定方法及基于稳定性的俯卧运动全向运动实验）

• 发表时间: 2020
• 作者: 松澤貴司;名村圭祐;孫瀟;内藤博;佐藤丈弘;寺江航汰;村上将嗣;吉田駿也;伊藤明;近藤貴久;高西淳夫;橋本健二
• 通讯作者: 橋本健二

極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第３２報：４肢ロボットの安定性と肢の可動域に基づく腹ばい運動の全方向移動への拡張）

开发可在极端环境下工作的救灾机器人（第32次报告：基于四肢机器人的稳定性和肢体活动范围，将俯卧运动扩展到全向运动）

• 发表时间: 2019
• 作者: 松澤貴司;名村圭祐;孫瀟;内藤博;佐藤丈弘;寺江航汰;村上将嗣;吉田駿也;伊藤明;近藤貴久;高西淳夫;橋本健二;松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，高西淳夫;松澤貴司，松原孝将，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫;松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫
• 通讯作者: 松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，内藤博，名村圭祐，佐藤丈弘，寺江航汰，村上将嗣，吉田駿也，高西淳夫

極限環境下で作業可能な災害対応ロボットの開発（第２６報：４肢ロボットの安定性と肢の可動域に基づく腹ばい運動生成法）

开发可在极端环境下工作的救灾机器人（第26次报告：基于四肢机器人稳定性及其肢体运动范围的创生运动生成方法）

• 发表时间: 2019
• 作者: 松澤貴司;名村圭祐;孫瀟;内藤博;佐藤丈弘;寺江航汰;村上将嗣;吉田駿也;伊藤明;近藤貴久;高西淳夫;橋本健二;松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，高西淳夫
• 通讯作者: 松澤貴司，橋本健二，孫瀟，今井朝輝，大河原正篤，木村駿介，熊谷健吾，松原孝将，山口航希，高西淳夫