Metric and planning of reliable robotic manipulation, equivalently measuring both geometrical and mechanical constraints

人間が物を持つときには不意の落下に備えて手を添えるような動作をする．これは対象物と接触して力を加えて持つ手と，対象物の落下を幾何学的に防止する添え手とを組み合わせた物体操作といえる．ロボットがこのような物体操作を計画できるようにするためには「操作対象物の運動を拘束するときの力学的な作用と幾何学的な作用の両方を等しく統一的に取り扱うことのできる指標の導出」が求められる．本研究では対象物の力学的作用による「運動のしにくさ」に注目して，幾何学的拘束を「無限大の力・モーメントを与えても力のつり合いが保たれて運動できない状態」として扱うことで，両者を力学的指標で統一的に評価する手法を提案する．本年度はまず簡単な2次元平面の問題からこれに取り組んだ．2次元平面の対象物とロボットの場合，並進運動2自由度と回転運動1自由度の計3自由度の問題であり，比較的扱いやすい．まず空間中に存在する対象物，例えば把持されている対象物や床面に接地している対象物など，に対して作用する力・モーメントのつり合いを解析する．これにより対象物がある方向に並進・回転運動するために要する力・モーメントの大きさを計算できる．このとき，その方向へ微小に変位するならば，その変位のために必要とするポテンシャルエネルギーを算出できる．これを離散的に逐次計算することで，対象物がロボットおよび環境に接触しているかどうかに関わらず，一定の方向への運動に必要とするエネルギーの総和を計算できた．このエネルギーが大きいほど対象物は運動しにくい状態にあると評価できる．運動方向の延長上に幾何拘束が存在すれば，それを超えるための力・モーメントは無限大となるので，結果として運動に要するエネルギーも無限大となる．この運動に要するエネルギーの大きさを評価指標とする方針を固めることができた．

人間が物を持つときには不意の落下に備えて手を添えるような動作をする．これは対象物と接触して力を加えて持つ手と，対象物の落下を幾何学的に防止する添え手とを組み合わせた物体操作といえる．ロボットがこのような物体操作を計画できるようにするためには「操作対象物の運動を拘束するときの力学的な作用と幾何学的な作用の両方を等しく統一的に取り扱うことのできる指標の導出」が求められる．本研究では対象物の力学的作用による「運動のしにくさ」に注目して，幾何学的拘束を「無限大の力・モーメントを与えても力のつり合いが保たれて運動できない状態」として扱うことで，両者を力学的指標で統一的に評価する手法を提案する．本年度はまず簡単な2次元平面の問題からこれに取り組んだ．2次元平面の対象物とロボットの場合，並進運動2自由度と回転運動1自由度の計3自由度の問題であり，比較的扱いやすい．まず空間中に存在する対象物，例えば把持されている対象物や床面に接地している対象物など，に対して作用する力・モーメントのつり合いを解析する．これにより対象物がある方向に並進・回転運動するために要する力・モーメントの大きさを計算できる．このとき，その方向へ微小に変位するならば，その変位のために必要とするポテンシャルエネルギーを算出できる．これを離散的に逐次計算することで，対象物がロボットおよび環境に接触しているかどうかに関わらず，一定の方向への運動に必要とするエネルギーの総和を計算できた．このエネルギーが大きいほど対象物は運動しにくい状態にあると評価できる．運動方向の延長上に幾何拘束が存在すれば，それを超えるための力・モーメントは無限大となるので，結果として運動に要するエネルギーも無限大となる．この運動に要するエネルギーの大きさを評価指標とする方針を固めることができた．