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

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．

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．