障害物のある空間における人間型ロボットの3次元動作計画

人形机器人在有障碍物的空间中的 3D 运动规划

基本信息

批准号：
04F04873
负责人：
横井一仁
金额：
$ 0.7万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04873/
关键词：
人間型ロボット動作生成最適化

项目摘要

人間型ロボットは,人に類似の形状を有するため,人の生活空間での活躍が期待される.人の生活空間は工場などのように整備された環境ではないため,人間型ロボットの行動を妨げる様々な障害物が存在することが予想される.一方,人間型ロボットは車輪移動型ロボットと異なり,障害物を跨ぎ越えるといった空間を3次元的に利用する障害物回避行動をとることができる.本研究では,人間型ロボットの3次元空間での障害物回避行動計画手法を確立し,人間型ロボットの行動範囲を拡大することを目的とする.平成17年度は人間型ロボットの運動パラメータを,多項式で与え,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化するようにそれらを決定するアルゴリズムを検討した.本アルゴリズムで一番問題となるのは,単位運動当たりの消費エネルギーを最小化する各関節軌道のパラメータを最適化する部分である.そこで,最適化手法について検討を行った.その結果,歩行時における両足接地期のように運動学的拘束が加わる場合,全自由度について拘束条件も含めて最適化を図るより,拘束条件により減少され残存する自由度数についてのみ最適化を図った方が,より高速に最適化が行えることを明らかにした.そして,人間型ロボットHRP-2の腕の運動を対象に提案手法の有効性を検証するとともに,また開発したアルゴリズムを用いて足を振り上げる運動を計画し,ヒューマノイドロボットシミュレータOpenHRPに実装した.本研究成果については,2006 IEEE International Conferences on Cybernetics & Intelligent Systems(CIS) and Robotics, Automation & Mechatronics(RAM) (CIS-RAM2006)に論文が採択された.

人形机器人具有与人类相似的形状，因此预计它们在人类的生活空间中会活跃。类人形机器人不在工厂像工厂那样维护良好的环境中，因此可以预期会有各种障碍阻碍人形机器人的行为。另一方面，与移动车轮不同，人形机器人可以采用避免障碍行为，该行为使用在三个维度上跨越障碍物的空间。在这项研究中，目的是在人形机器人的三维空间中建立障碍避免行动计划方法，并扩大人形机器人的动作范围。在2005年，我们检查了一种算法，该算法以多项式形式确定人形机器人的运动参数，并最大程度地减少单位运动的能量消耗。该算法用于以多项式形式确定类人形机器人的运动参数。节奏的最大问题是优化每个关节轨迹参数的部分，该部分可最大程度地减少单位运动的能量消耗。因此，我们研究了优化方法。结果，当应用运动学约束时，例如在步行过程中双脚的地面接触周期中，可以表明可以通过仅优化剩余的自由度来更快地进行优化，而不是通过约束条件降低的剩余自由度，而不是优化总自由度的其余自由度，这是通过约束条件降低的。此外，我们验证了所提出的方法在人形机器人HRP-2运动中运动的有效性，并计划使用已发达算法的脚提升的运动，并在类人体机器人模拟器OpenHRP中实现。关于这项研究的结果，我们发现，2006年，该论文是为IEEE国际网络和智能系统（CIS）和机器人技术，自动化和机械制剂（RAM）（CIS-RAM2006）选择的。