軌道アトラクタに基づく運動の力学的解明

基于轨道吸引子的运动机械解释

• 批准号: 11J10040
• 负责人: 渡辺 将旭
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J10040/
• 关键词: 軌道アトラクタ; 自律制御; 環境認識; SLAM; 力制御

従来の自律制御系設計法では(a)多自由度制御系では計算量が極めて多くなる,(b)一般的にPD制御されているロボットでは力制御が難しい,(c)軌道アトラクタで実現したい運動の軌道は状態空間中で交差しない,という制約から簡単な系での応用に留まっていた.そのため,昨年度までに提案した擬似目標値を人間のような多自由度系に応用するために,これらの問題点を解決する方法を提案と,それらのを用いて擬似目標値の設計を人間の歩行動作へと応用した.以下で具体的に述べる.(1)関節の角度制御則を持つロボットでの自律制御系設計,運動の軌道の交差を回避するための運動方程式の次元拡張,関節角度・角速度の相関に基づいた制御系の低次元化設計を提案し,タップダンスロボットと製作した平面脚ロボット実験により検証した.(2)モーションキャプチャにより計測した人間の歩行データを用いて擬似目標値を設計した.歩行中の擬似目標値が実際の姿勢から大きくずれる瞬間は,運動を継続するために必要な入力とその方向を示している.これは擬似目標値が表す動作の重要なポイントが,抽象的な運動のコツを具体的に表現した一つの例であると予想される.さらに,これまでの方法をより一般的な運動へ応用するためには環境とのインタラクションを受動的に行う制御系を想定するだけでは不十分であり,視覚などの外界センサーを利用して環境と能動的に関わる自律制御系を設計する必要がある.そのため,構造化されていない複雑な環境でロボットが自身の位置を推定するSLAMを考慮した自律制御系を構築するために以下の方法を提案し,その有効性を検証した.(3)構造化されていない複雑な環境でランドマークの同一性認識を行うために,マハラノビス距離を一般化した新たな距離評価基準とそれを用いたカイ累乗検定を提案し,従来法では性能が低い状況でSLAMの性能が向上することを示した.

在传统的自主控制系统设计方法中，在多度控制系统中有大量的计算，（b）机器人通常难以通过PD控制力控制，并且（c）运动轨迹通过轨迹吸引者所渴望的运动轨迹在状态空间中并没有相交。因此，为了将直至去年提出的伪目标值应用于像人类这样的多级自由度系统，我们提出了一种解决这些问题的方法，我们使用这些方法使用这些方法使用伪目标值来创建伪目标值。该设计应用于人类步行运动。以下是详细描述。 （1）具有关节角度控制规则的机器人的自主控制系统设计，运动方程的扩展，以避免运动轨迹穿越运动，并根据关节角度和角速度的相关性降低控制系统的尺寸，并使用TAP Dance Robot和平面机器人和平面机器人的机器人实验进行了验证。 （2）使用通过运动捕获测量的人类步行数据设计了一个伪目标值。在行走时，伪靶标值与实际姿势显着偏离，这表明运动继续进行所需的输入和方向。预计这将是由伪目标值表示的运动关键点的具体表达的一个例子。此外，为了将先前的方法应用于更通用的运动，不足以假设一个被动地与环境相互作用的控制系统，以及使用外部传感器（例如视觉效果）主动与环境进行积极交互的自主控制系统。因此，我们提出了以下方法来构建一个自主控制系统，该系统考虑了SLAM，在该系统中，机器人估算其在非结构化，复杂环境中的地位并测试其有效性。 （3）为了在非结构化的，复杂的环境中识别具有里程碑意义的身份，提出了一种新的距离评估标准，该标准概括了Mahalanobis距离，并提出了使用它的CHI功率测试，这表明在常规方法的性能较低的情况下，SLAM的性能得到了改善。

项目成果

軌道アトラクタを用いた自律制御のための力学系次元拡張と平面脚ロボットへの応用

轨道吸引子自主控制动力系统的维数扩展及其在平面足机器人中的应用

• 发表时间: 2012
• 作者: 山田早紀;サトウタツヤ;齋藤邦明(加瀬和俊編著);渡辺将旭
• 通讯作者: 渡辺将旭