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

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．

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．