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

• 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

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，因此它们有望在人类的生活空间中发挥积极作用。 人形机器人有望在人类的生活空间中发挥积极作用，但过程中会遇到各种障碍。另一方面，与轮式机器人不同，人形机器人能够通过跨越障碍物来利用三维空间。本研究的目的是建立一种仿人机器人在三维空间中规划避障行为的方法，并扩展仿人机器人的动作范围。以多项式形式给出仿人机器人的运动参数，并提出一种算法。研究了以最小化每单位运动的能量消耗的方式确定它们。节奏最大的问题是优化每个关节轨迹的参数，以最小化单位运动的能量消耗。因此，我们研究了一种优化方法。结果，我们发现当应用运动学约束时，比如在当脚与地面接触时，剩余自由度的数量会被约束减少，而不是优化包括约束在内的所有自由度。我们发现仅通过优化可以更快地执行优化。使用该算法，我们规划了腿部摆动运动并在人形机器人模拟器 OpenHRP 中实现了它。一篇论文被 IEEE 国际会议控制论与智能系统 (CIS) 和机器人、自动化与机电一体化 (RAM) (CIS-RAM2006) 接收。