Cooperation Control Platform of Micro-Robots Implemented LiDAR System

微型机器人协作控制平台实现激光雷达系统

• 批准号: 22K03985
• 负责人: 長澤 純人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shibaura Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03985/
• 关键词: マイクロロボット; 組込型LiDAR; MEMS積層静電型角度センサ; 形状記憶合金; Robot Operation System; XRCE-DDS; LiDAR; マイクロ・ロボット; 6足歩行ロボット; ロボット・ミドルウェア; 積層型静電容量角度センサ; マイクロロボット; 組込型LiDAR; MEMS積層静電型角度センサ; 形状記憶合金; Robot Operation System; XRCE-DDS; LiDAR; マイクロ・ロボット; 6足歩行ロボット; ロボット・ミドルウェア; 積層型静電容量角度センサ

本研究は以下の３つの研究項目を柱として，効率的に研究を実施している．本年度の成果は審査付英文論文2本，国際学会発表３件，国内学会発表２件で発表された．【１】マイクロロボット用の組込型LiDARの開発：　IMU (Inertial measurement unit) で時々刻々のロボットの姿勢を推定し，その姿勢推定に合わせてLiDARで測定した2次元の深度測定値を補正する実験と評価を実施している．非常に小型で我々の小型多脚ロボットにも搭載可能なToF式レーザ距離センサ (VL53L1X) から得られた距離とIMUから得られたヨー角から直交座標系に変換，2次元での点群描画するシステムを構築した．取得した空間情報の類似度測定は，相互相関関数を計算して定量的に評価を行った．【２】MEMS積層静電型の角度センサのアクチュエータ化：　積層静電型の角度センサは折紙構造のロボットフレームと一緒に一枚のPCBシートから折り上げて製作する．積層静電型の角度センサは，静電容量変化から角度を推定可能で，モータと組合せて角度フィードバック制御に成功した（原・長澤ら, JJAP, 2021）．小型多脚ロボット適用のため，SMA（形状記憶合金ワイヤ）による駆動でもフィードバック制御を実現した．【３】アプリケーション開発のためのミドルウェア実装：　自己設計の中型多脚ロボットにLiDARとIMUを搭載し，ROSによるSLAM (Simulutanious Localization and Mapping) の検証を実施している．クローラ駆動の移動ロボットにも同じハードウェア構成でLiDARを搭載し，多脚移動のSLAMへ影響を定量評価した．組込みMPUなどの処理能力が限定的なシステムでも信頼性の高い遠隔通信・計測・制御を行うXRCE-DDSを動作させるため，これに対応するROS2の導入を進めている．

这项研究有效地使用以下三个研究项目作为支柱进行：今年的结果在两篇英国论文中进行了审查，三个国际会议的演讲以及两次在国内会议上的演讲。 [1]用于微型机器人的嵌入式激光雷达的开发：我们已经进行了实验和评估，以随时使用IMU（惯性测量单元）来估算机器人的姿势，并纠正使用与姿势估计的LIDAR测量的二维深度测量值。我们已经构建了一个系统，该系统将从TOF激光距离传感器（VL53L1X）获得的距离转换为从IMU获得的偏航角度转换为笛卡尔坐标系，并创建一个在二维中绘制点云的系统。通过计算互相关函数来定量评估获得的空间信息的相似性测量。 [2] MEMS层压静电类型角传感器的执行力：层压静电类型角度传感器是通过将它们与折纸机器人框架一起从单个PCB板上折叠来制造的。层压的静电类型角传感器可以估计电容变化的角度，并成功控制了角度反馈与电动机的结合（Hara，Nagasawa等人，JJAP，JJAP，2021）。为了应用小型多腿机器人，即使使用SMA驾驶（形状内存合金线），也可以实现反馈控制。 [3]用于应用程序开发的中间件实现：配备了LIDAR和IMU的自设计的中型多腿机器人，以及对SLAM的ROS验证（模拟本地化和映射）。爬行者驱动的移动机器人配备了同一硬件配置中的LiDAR，并对对多腿大满贯的影响进行了定量评估。为了操作XRCE-DDS，即使在具有有限的处理能力（例如嵌入式MPU）的系统中，它也可以提供可靠的远程通信，测量和控制，我们正在努力引入与此相对应的ROS2。