車輪状態のオンライン推定に基づいた移動ロボットの未知環境適応型走行制御の確立

基于车轮状态在线估计的未知环境移动机器人自适应行走控制的建立

基本信息

批准号：
16J02425
负责人：
比嘉翔弥
金额：
$ 1.47万
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、未知の軟弱地盤を走行する車輪型移動ロボットの安全な走行を実現するために、車輪走行状態をオンライン推定する車輪システムを構築し、車輪型移動ロボットの未知環境適応型走行制御の確立を目指すものである。これまでに、Time-of-Flightカメラを用いて車輪沈下量・スリップ率をオンライン推定し、車軸に取り付けた6軸力覚センサにより地盤反力・トルクのリアルタイム計測を可能とする車輪システムの開発を行い、複数の軟弱地盤および走行条件において開発した車輪システムの評価を行ってきた。今年度は、本研究の実用性を高めることを目指して、火星探査移動ロボットの研究・開発および運用を行っている、ジェット推進研究所に長期滞在して研究を進めた。現行の火星探査移動ロボットは走行不能状態を回避するために、岩盤や岩の散在する不整地での走行が多く求められるため、不整地走行が車輪状態に与える影響を考慮する必要がある。そこで、車輪システムの評価を屋外の不整地において行えるように持ち運び可能な試験装置を開発し、屋外テスト環境において、詳細なデータを取得できることを確認した。一方で、実際の運用において、車輪のスタックに至るリスクが懸念される軟弱な砂地は避ける運用が行われるため、事前に軟弱な砂地か走行可能な砂地かどうか判別できることが望ましい。そこで、地盤表面温度から地盤の種類を判別する研究を行った。地盤表面温度モデルを構築して数値計算を行い、砂地の密度が異なる条件において温度変化が検出可能であることを理論的に確認した。

本研究为了实现轮式移动机器人在未知软地面上的安全运行，构建了在线估计轮子运行状态的轮式系统，开发了一种能够自适应未知环境的行走控制的轮式移动机器人系统。这就是我们的目标。迄今为止，我们已经开发了一种车轮系统，该系统使用飞行时间相机在线估算车轮沉降和滑移率，并使用安装在车轴上的 6 轴力传感器实时测量地面反作用力和扭矩我们在多种软地面和驾驶条件下对开发的车轮系统进行了评估。今年，为了提高这项研究的实用性，我在喷气推进实验室呆了很长时间，从事火星探测移动机器人的研究、开发和运行。目前的火星探测移动机器人往往需要在散布岩石、岩石的凹凸不平的地形上运行，以避免无法运行，因此需要考虑在崎岖地形上运行对轮子状况的影响。因此，我们开发了一种便携式测试设备，可以在户外崎岖地形上评估车轮系统，并确认可以在户外测试环境中获得详细数据。另一方面，在实际操作中，操作时要避免松软的沙地，容易卡轮，因此希望能够提前判断地面是松软的沙地还是可以进行沙地作业。继续行驶。因此，我们进行了研究，根据地表温度来确定地面类型。我们构建了土壤表面温度模型并进行了数值计算，从理论上证实了在不同沙密度条件下可以检测到温度变化。