ハプティックシェアードコントロールを用いた水中ロボット作業の効率化と実証展開

使用触觉共享控制的水下机器人工作效率提升与演示

• 批准号: 21H01294
• 负责人: 坂上 憲光
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Ryukoku University (2023)Tokai University (2021-2022)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01294/
• 关键词: 水中ロボット; ハプティックシェアードコントロール; 操縦支援; 接触作業; 逆最適制御; 多関節グリッパ; 物体把持; 目視検査; ROV

本研究では，人間（操縦者）と自動化システムが協調して機械システムを制御するHaptic Shared Control（以下，HSCと呼ぶ）と，剛性可変機能をもつ多関節グリッパを水中ロボットに適用し，水中で行われる近接・接触作業の操縦者負担の軽減，効率化や自動化を実現することを目的としている．まず，操縦と力覚提示を実現する小型軽量デバイスを開発し，水中ロボットの自由度操作，力提示可能な操作デバイスを完成させた．現在，この操作デバイスを利用して３次元運動を伴う水中ロボットの物体回収作業にHSCを適用した実験を行うまでに至った．水中ロボットの近接・接触作業に対するHSCの有効性については，流速下にある水中ロボットの操縦にHSCを導入することで，操縦者はロボットの操縦自体よりも視覚的な識別タスクに集中できること，心理的負荷を評価する尺度として知られるNASA-TLXを用いて操縦者の精神的負荷が軽減されることも明らかにした．客観的な評価として，一部の操縦者では操縦中のジョイスティックの操作量を軽減できること等も確認した．さらに，別のタスクとして不連続な目標物に対する視覚検査タスクに逆最適制御を組み合わせたHSCを新たに導入し，被験者実験からその有効性も明らかにした．最終年度に向けた予備実験としてフィールド試験も実施した．船を利用したフィールド調査では操作時の船酔いも操縦者に悪影響を及ぼすため，この問題についても基礎的検討を行った．グリッパによる水中物体把持の達成は，操縦者による水中ロボット操縦の熟練度に大きく依存しており，通常のシステム構成ではユーザビリティが低い問題がある．そこで，多関節グリッパの関節柔軟性に加え，グリッパ自体が前後方向にスライドする機構を発案し，水中ロボットの操作熟練度や位置制御に依存せずに把持対象へのアプローチ，把持を容易にする機構の設計も行った．

This study で は, earth (fuck 縦) と automation シ ス テ ム が coordination し て mechanical シ ス テ ム を suppression す る Haptic Shared Control (the following, HSC と shout ぶ) と, rigid can - function を も つ masato section more グ リ ッ パ を water ロ ボ ッ ト に applicable し, The water line で わ れ る 縦 access homework の accept her power burden の 軽, sharper rate change や automation を be presently す る こ と を purpose と し て い る. ま ず, fuck 縦 と force 覚 prompt を be presently す る small amount 軽 デ バ イ ス を open 発 し, water ロ ボ ッ ト の freedom operation, power tips can be operated な デ バ イ ス を complete さ せ た. Now, こ の operation デ バ イ ス を using し て を three dimensional movement with う water ロ ボ ッ ト の object back 収 operating に HSC を suitable し た be 験 を line う ま で に to っ た. Water ロ ボ ッ ト の access homework accept に す seaborne る HSC の have sharper sex に つ い て は, flow velocities に あ る water ロ ボ ッ ト の fuck 縦 に HSC を import す る こ と で, who hold 縦 は ロ ボ ッ ト の fuck 縦 autologous よ り も visual 覚 な recognition タ ス ク に concentrated で き る こ と, Psychological load を review 価 す る scale と し て know ら れ る NASA TLX - を with い 縦 て her power の mental load が 軽 minus さ れ る こ と も Ming ら か に し た. Guest 観 な review 価 と し て, a 縦 の her power で は fuck in 縦 の ジ ョ イ ス テ ィ ッ ク の operation quantity を 軽 minus で き る こ と も confirmation し た. さ ら に, don't の タ ス ク と し て not even 続 な target に す seaborne る apparent 覚 検 check タ ス ク に inverse optimal suppression を group み close わ せ た HSC を new た に import し, those 験 be 験 か ら そ の have sharper sex も Ming ら か に し た. In the final year, に will provide けた with a trial laboratory と と てフィ てフィ ド ド ド. A trial laboratory will be granted た. Ship を using し た フ ィ ー ル ド survey で は operation is の ship 酔 い 縦 も her power に 悪 influence を and ぼ す た め, こ の problem に つ い て も basic line beg を 検 っ た. グ リ ッ パ に よ る water holding の reach は object, person that fuck 縦 に よ る water ロ ボ ッ ト fuck 縦 の proficiency に big き く dependent し て お り, usually の シ ス テ ム constitute で は ユ ー ザ ビ リ テ ィ が い low が あ る. Section そ こ で, masato グ リ ッ パ の masato section softness に え, グ リ ッ パ direction before and after autologous が に ス ラ イ ド す る institutions を し 発 case, water ロ ボ ッ ト の operation proficiency や position suppression に dependent せ ず に just like へ seaborne の ア プ ロ ー チ, holding を easy に す る institutions の line design も っ た.

项目成果

水中ロボット操縦支援のための力覚提示可能な小型操縦装置の開発

水下机器人控制支持小型力觉显示控制装置的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村友;伊藤史苑;榛村友希;田村海斗;和田隆広;坂上憲光
• 通讯作者: 坂上憲光

水中ロボットによる表土除去作業のためのスラスタ配置決定と操縦支援

使用水下机器人进行表土清除工作的推进器放置决策和操作支持

• 发表时间: 2022
• 作者: 須賀瑞樹;坂上憲光;和田隆広;川村貞夫
• 通讯作者: 川村貞夫

Cooperative path-following control of a remotely operated underwater vehicle for human visual inspection task

用于人类目视检查任务的遥控水下航行器的协同路径跟踪控制

• DOI: 10.3389/fcteg.2022.1056937
• 发表时间: 2022
• 期刊: Frontiers in Control Engineering
• 作者: Eito Sato;Hailong Liu;Yasuaki Orita;Norimitsu Sakagami;Takahiro Wada
• 通讯作者: Takahiro Wada

水中探査 ROV に搭載する多関節ロボットハンドの開発

水下勘探ROV手持式关节型机器人的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohiro Udo;Taku Ukai;Yoshihiro Tanaka;Hiroshi Miura;Yukihiro Terada;佐藤薫，坂上憲光，小金澤鋼一
• 通讯作者: 佐藤薫，坂上憲光，小金澤鋼一

水中ロボットによる物体把持のための操縦支援装置の提案

水下机器人抓取物体控制支持装置的提案

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村友;須賀瑞樹;坂上憲光;佐藤瑛人;織田泰彰;和田隆広;小金澤鋼一
• 通讯作者: 小金澤鋼一