１００以上のアクチュエータを備えた超冗長マニピュレータの実現

实现具有100多个执行器的超级冗余机械手

基本信息

批准号：
22K19815
负责人：
池本周平
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生物の身体はロボットよりもやわらかく，多くの関節自由度を持ち，さらに多くの筋肉で駆動される．つまり，ロボットと生物の間には，非常に大きな「柔軟性の差」と「冗長性の差」がある．このうち「柔軟性の差」については，ロボット全体を柔軟にするなどの挑戦が行われ，その利点のみを積極的に追及する分野「ソフトロボティクス」が生まれた．一方，「冗長性の差」については，関節やアクチュエータを可能な限り多くするなどの挑戦は行われていない．そこで本研究では，100以上の独立なアクチュエータを備えた柔軟マニピュレータを実際に開発し，冗長自由度が極端に多いことで可能になる冗長性の利用方法の提案を目指している．具体的には，マニピュレータの開発のため，関節自由度とアクチュエータ数を段階的に増やすことができるスケーラブルな設計方法を提案し，冗長性を利用する方法として，タスク空間に直交する空間に具体的な意味を当てはめていく．2022年度は，関節自由度とアクチュエータ数を段階的に増やすことができるスケーラブルな設計方法としてテンセグリティの利用を考え，その有用性を検証した他，冗長性を利用する方法として変分オートエンコーダを利用した直交空間のモデル化に取り組んだ．前者は，ストラットを4本利用したクラス 1 テンセグリティを積み重ねていく設計方法であり，実際に5つのテンセグリティを積み重ねることで連続的な湾曲が行えるマニピュレータを開発した．このマニピュレータは40本の空気圧シリンダで駆動できていることから，この設計方法が柔軟性と冗長性を高める上で都合が良いことを確認できた．後者では，開発したテンセグリティマニピュレータを無作為な命令で動作させて得られたデータに基づき，命令から手先位置，手先位置から命令の順・逆モデルを構築する問題に取り組み，提案手法がゼロ空間をモデル化できることを確認した．

生物的身体比机器人柔软，具有更多的联合自由，并且由更多的肌肉驱动。换句话说，机器人和生物之间的灵活性和冗余存在很大差异。其中，“灵活性的差异”受到了挑战，例如使整个机器人的灵活性以及创建一个“软机器人”领域的创建，该领域仅积极追求这些机器人的好处。另一方面，关于“冗余的差异”，没有挑战，例如尽可能增加关节和执行器的数量。因此，在这项研究中，我们实际上已经开发了一种具有100多个独立执行器的灵活的操纵器，并旨在提出一种使用冗余的方法，该方法可以通过极大的冗余自由度来实现。具体而言，对于操纵器的开发，我们提出了一种可扩展的设计方法，该方法允许逐步增加关节自由度和执行器的数量，作为利用冗余的方法，我们将具体含义应用于任务空间的空间。在2022财年中，我们考虑使用张力作为可扩展的设计方法，该方法允许升级关节自由和执行器的数量，还检查了其实用性，并使用变异自动编码器作为利用冗余的方法来对正交空间进行建模。前者是一种设计方法，涉及使用四个支撑杆堆叠1类时紧度，并且我们开发了一种操纵器，实际上可以通过堆叠五个张力来执行连续的曲率。该操纵器可以由40个气缸驱动，这清楚地表明，这种设计方法在提高柔韧性和冗余方面很方便。在后者中，我们研究了通过使用随机说明操作开发的张力式操纵器获得的数据，从指令到手部位置的指令的前向和反向模型的问题，并确认所提出的方法可以对零空间进行建模。