ホームサービスロボットによるRFタグを用いた収納システムの開発

使用家庭服务机器人开发使用射频标签的存储系统

基本信息

批准号：
16760197
负责人：
関啓明
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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-16760197/
关键词：
ホームロボット伸縮アーム RDタグ電波強度収納差動機構 RFタグ

项目摘要

本研究の目的は、ホームサービスロボットによる収納システムの開発である。それを実現するために、次の2つの技術を研究した。1つめは、通常はコンパクトであるが、作業するときには、床の上の低い所にある物も棚の上の高い所にある物も操作できるように、可動範囲を変化させることのできる伸縮ロボットアームを開発することである。2つめは、対象物にRFタグを埋め込んで、その物の情報を管理し、電波の強度などからその物の位置などを検出するシステムを開発することである。伸縮アームについては、アーム自体をめねじとおねじの3段の組み合わせで作製することで、ガタの少ない伸縮機能を実現した。めねじとおねじは、関節を駆動するのに必要な出力の半分をまかなう小型モータ2個でそれぞれ駆動する。同方向に回転せねば、2個のモータのトルクを合わせて、関節を回転させることになる。逆方向に回転させねば、ねじ機構により、アームは伸縮する。この関節を用いて、根元から伸縮できる関節3個と通常の手先の関節3個の合わせて6自由度のアームを設計・試作し、それぞれ運動がスムーズに実現できることを確認した。伸張時に関節負荷が大きくなるため、自重をある程度キャンセルするようなパネとワイヤーから成る機構も組み込んだ。また、作業に応じて関節の剛性を簡単に変更できる板ばね機構についても考察した。RFタグによる位置検出システムについては、RFタグから発信される電波の強度を検出する3軸アンテナを試作した。RFタグの位置姿勢とアンテナ部における電波の強度ベクトルの関係を定式化し、測定された電波の強度ベクトルから最急降下法を用いてタグの位置姿勢5変数を推定する。電波の検出にはヘテロダイン検波を用い、微弱な電波強度を検出できるようにしてある。対象物から数十センチ内の距離でタグのおよその位置姿勢が検出できることを確認した。

本研究的目的是开发一种使用家庭服务机器人的存储系统。为了实现这一目标，我们研究了以下两项技术。第一个是伸缩机器人，通常很紧凑，但可以改变其运动范围，以便它可以操纵地板上低处和架子上高处的物体。目标是开发一个手臂。第二步是开发一个系统，将射频标签嵌入物体中，管理这些物体的信息，并根据无线电波的强度检测物体的位置。至于伸缩臂，通过使用内螺纹和外螺纹的三级组合来创建臂本身，我们实现了几乎没有间隙的伸缩功能。内螺纹和外螺纹各由两个小电机驱动，提供驱动接头所需的一半输出。如果它们沿相同方向旋转，关节将利用两个电机的组合扭矩进行旋转。如果臂沿相反方向旋转，螺旋机构将导致臂伸出和缩回。利用这个关节，我们设计并原型制作了一个具有六个自由度的手臂，包括三个可以从底座伸缩的关节和三个正常的手部关节，并确认每个动作都能顺利实现。由于关节在伸展时所承受的负荷会增加，因此我们还采用了一种由面板和电线组成的机制，可以抵消人体的部分自重。我们还考虑了一种板簧机构，可以根据任务轻松改变关节的刚度。关于使用 RF 标签的位置检测系统，我们制作了一个 3 轴天线原型，用于检测 RF 标签发射的无线电波的强度。我们建立了射频标签的位置和方向与天线部分的无线电波强度矢量之间的关系，并根据测量的无线电波强度矢量使用最速下降法估计了五个标签位置和方向变量。外差检测用于检测无线电波，可以检测微弱的无线电波强度。我们确认可以在距离目标几十厘米的范围内检测到标签的大致位置和方向。