Expansion of Preparation Behavior Database in the Human's Torso for Speeding up Motion Generation of Humanoid Robots

扩展人体躯干准备行为数据库以加速人形机器人的运动生成

基本信息

批准号：
21K13487
负责人：
築地原里樹
金额：
$ 3万
依托单位：
University of Fukui
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ヒューマノイドロボットの全身動作生成にかかる計算時間短縮に向けて，人間の生活空間における持ち運び動作を解析することで，ロボットの動作計画に必要な人間姿勢のキーポイントを抽出する．人間の到達動作中における手や足などの直接到達に関わる部位のみではなく，肘や胴体・股などの姿勢決定に自由のある部位の家事タスクにおける準備姿勢を解析することにより，ヒューマノイドロボットにおけるタスク時間の短縮や安定性の高く，大きな力を発揮できる動作を獲得する．人体計測とロボット制御に着手し，生活環境におけるロボット動作の獲得を達成するよう努めた．令和4年度は以下の内容について研究した．(1) 家事動作における肘や胴体の準備動作の解析：家庭環境内を想定した棚内の持ち運び動作を解析した．追加購入したモーションキャプチャカメラを用いてシステムを構築し，動作中の全身姿勢を計測した．また，全身動作の安定性の評価のために6軸力センサをシステムに組み込んだ．操作対象物の重量が増えるほど物体を掴む時刻の前に胴体を引いて構える姿勢を準備することが被験者実験により有意差を持って確認できた．また，肩から手先の距離と胴体前傾姿勢にも物体の重量によって差があることを確認でき，ヒューマノイドロボットの準備動作の重要な姿勢を抽出できた．(2) VR (Virtual Reality) 環境における家事動作計測の評価：実環境で計測している棚内の持ち運び操作をVR環境において計測した．人間工学分野で用いられる作業域の指標をVR環境で評価することで，物体操作タスク内において腕以外の部位を積極的に使用し，身体に負担がある動作を判定でき，VR環境においても動作計測が可能であることを確認できた．(3) 3点保持ロボット実験：HRP-4実機において両手先と胸の3点保持の実験を実施し，ロボット各関節における負荷トルクの減少を確認できた．

为了减少生成仿人机器人全身运动所需的计算时间，我们通过分析生活空间中的人体承载运动来提取机器人运动规划所需的人体姿势关键点。通过分析家务劳动中的准备姿势，不仅包括人类伸手动作中的手脚等直接涉及伸手的部位，还包括肘部、躯干、胯部等可自由决定姿势的部位，从而获得缩短动作时间的动作。时间，非常稳定，可以发挥巨大的力量。我们从测量人体和控制机器人开始，试图实现对机器人在生活环境中动作的采集。 2020财年，我们研究了以下主题。 (1)做家务时肘部和躯干的准备运动分析：我们假设家庭环境，分析了在架子上搬运物品的运动。我们使用额外购买的动作捕捉相机构建了一个系统，并测量了运动过程中的整个身体姿势。此外，系统中还集成了六轴力传感器，用于评估全身运动的稳定性。对受试者进行的实验证实，随着物体重量的增加，参与者会在抓住物体之前拉动躯干以准备姿势。我们还确认，根据物体的重量，从肩膀到手的距离以及身体的前倾姿势存在差异，并且我们能够提取人形机器人准备动作的重要姿势。（2）VR（虚拟现实）环境中家务活动测量的评估：我们在VR环境中测量了在真实环境中测量的货架内的搬运操作。通过在VR环境中评估人体工学领域使用的工作区域指标，可以在物体操作任务中主动使用手臂以外的部位，并确定对身体造成负担的动作，并且也可以在VR中进行我们能够确认测量是可能的。（3）三点握持机器人实验：我们在实际的HRP-4机器上进行了三点握持实验，包括双手握持和胸部握持，并证实机器人各关节处的负载扭矩有所降低。