Autonomous Gait Control for a Free-Climbing Robot in Consideration of the Terrain Information and the Gripping Mechanics

考虑地形信息和抓取力学的自由攀爬机器人自主步态控制

• 批准号: 19J20685
• 负责人: 宇野 健太朗
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20685/
• 关键词: クライミングロボット; 脚型ロボット; 把持力; 鉤爪型グリッパ; 移動ロボット; SLAM; 最適化制御; 月惑星探査; クライミングロボティクス; 自律移動ロボット; 惑星探査ロボット

本研究課題は地形の情報やグリッパの力学，そしてロボットの転倒安定性などの複数項目を考慮しながらロッククライミング移動するための自律ロボットの具現化である．最終年度である本年度は，前年度に完成させた4脚型クライミングロボットHubRoboによる完全自律クライミング移動実験を成功させることができた．この実証実験を成功させるにあたって獲得できた研究成果は下記にまとめられる．壁や天井をクライミング移動するロボットの転倒リスクを力学的に評価できる指標として，重力慣性加速度（Gravito-Inertial Acceleration, GIA）に着目したGIAマージンを定義した．そしてGIAマージンと従来のロボットの脚の可動性を目的関数に組み込んだ最適化計算にもとづくロボットベースのプランニング手法を構築することで，ロボットが転倒することなく，かつ，ロボット関節にとって実現不可能な姿勢に陥ることなく安定したクライミング移動を計画する手法を確立した．本手法は前年度完成させた脚型クライミングロボットの動力学シミュレータであるClimbLabを用いて有効性を確認した後，HubRobo実機に実装して実証実験を行った．最終的に，前年度までに開発してきた要素技術である地形環境地図生成および自己位置推定，把持可能点検出，そして離散把持候補点上の経路計画技術と組み合わせることで，HubRoboは，（１）RGB-Dセンサで3次元地形をセンシングし地形環境地図を生成して，（２）脚先に装備した鉤爪型グリッパで把持可能な凸部形状を地図内に検出し，（３）検出した把持可能点の分布と目的地方向を考慮して次に繰り出すべき脚とその把持点を選択して，（４）転倒安定性と脚の可動性の条件を同時に満たすベースの運動を計画し安定的に一歩を繰り出す，といった動作を繰り返す完全自律クライミング移動を実現することができた．

This research topic の は terrain intelligence や グ リ ッ パ の mechanics, そ し て ロ ボ ッ ト の planning pour stability な ど の plural project を consider し な が ら ロ ッ ク ク ラ イ ミ ン グ mobile す る た め の self-discipline ロ ボ ッ ト の is the で あ る. Before the final annual で あ る は this year, the annual に complete さ せ た 4 foot type ク ラ イ ミ ン グ ロ ボ ッ ト HubRobo に よ る completely self-discipline ク ラ イ ミ ン グ mobile be 験 を successful さ せ る こ と が で き た. The practical verification and experiment of を successfully させるにあたって obtained the research results of で た た, which are hereinafter referred to as にまとめられる. Wall や patio を ク ラ イ ミ ン グ mobile す る ロ ボ ッ ト の planning pour リ ス ク を mechanics に review 価 で き る index と し て, Inertial Acceleration of gravity (Gravito - Inertial Acceleration, GIA) に with mesh し た GIA マ ー ジ ン を definition し た. そ し て GIA マ ー ジ ン と 従 to の ロ ボ ッ ト の foot の mobility を purpose masato number に group み 込 ん だ optimization calculation に も と づ く ロ ボ ッ ト ベ ー ス の プ ラ ン ニ ン グ gimmick を build す る こ と で, ロ ボ ッ ト が planning pour す る こ と な く, か つ, ロ ボ ッ ト masato section に と っ て be impossible now な posture に 陥 る こ と な く settle し た ク ラ イ ミ ン グ mobile を plan す る gimmick を establish し た. Year to complete before this gimmick は さ せ た foot type ク ラ イ ミ ン グ ロ ボ ッ ト の dynamics シ ミ ュ レ ー タ で あ る ClimbLab を with い て have sharper sex を confirm し た after HubRobo に be machine be installed し て be card be 験 を line っ た. Before the final に, annual ま で に open 発 し て き た elements technology で あ る terrain environment 図 generated お よ び presumption of his position, holding 検 might point out, そ し て discrete control backup point の 経 road project technology group と み わ せ る こ と で, HubRobo は, (1) RGB - D セ ン サ で three dimensional terrain を セ ン シ ン グ し terrain environment 図 を generated し て, (2) feet first に equipment し た flue type グ リ ッ パ で holding may be に な convex shape を 図 of 検 し, (3) 検 out し た を と destination point の distribution direction control may consider し て times に Qiao り out す べ き foot と そ の holding point を sentaku し て, (4) planning pour stability と foot の mobility を の conditions at the same time に against た す ベ ー ス の movement を plan し stable に a step を Qiao り す, と い っ た action を Qiao り return す completely self-discipline ク ラ イ ミ ン グ mobile を be presently す る こ と が で き た.

项目成果

Low-Reaction Trajectory Generation for a Legged Robot in Microgravity

微重力下腿式机器人的低反应轨迹生成

• 发表时间: 2022
• 作者: Warley F. R. Ribeiro;Kentaro Uno;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida

Non-Periodic Gait Planning Based on Salient Region Detection for a Planetary Cave Exploration Robot

基于显着区域检测的行星洞穴探测机器人非周期步态规划

• 发表时间: 2020
• 作者: Kentaro Uno;Yusuke Koizumi;Keigo Haji;Maximilian Keiff;Simon Harms;Warley F. R. Ribeiro;William Jones;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida

ClimbLab - Climbing robot Matlab simulator

ClimbLab - 攀爬机器人 Matlab 模拟器

Analysis of Motion Control for a Quadruped Ground-Gripping Robot for Minor Body Exploration

小型人体探索四足抓地机器人运动控制分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Warley F. R. Ribeiro;Kentaro Uno;Kenji Nagaoka;Kazuya Yoshida
• 通讯作者: Kazuya Yoshida

月縦孔を探査するクライミングロボットのハンドアイカメラによる地形認識および把持状態判定

探月井攀爬机器人手眼摄像头地形识别及抓取状态判定

• 发表时间: 2021
• 作者: Kentaro Uno;Giorgio Valsecchi;Marco Hutter;Kazuya Yoshida;大河原拓，宇野健太朗，吉田和哉
• 通讯作者: 大河原拓，宇野健太朗，吉田和哉