多自由度を有するロボットに関する 操作システムの提案 室蘭工業大学 情報工学科認知ロボティクス研究室所属 池田憲弘 背景・ロボットの用途 災害地での救助用 極限作業用 危険な環境下で作業を行うロボット 成果 背景・環境とロボット 工業用ロボットなど 単純な環境 単純なタスク 災害地での救助用ロボットなど 複雑な環境 複雑なタスク 背景・ロボット操作の複雑さ 複雑な環境 複雑なタスク 多自由度 多センサを有する ロボット オペレータの 負担増大 複雑な操作 オペレータの 負担軽減 簡単に 思い通りに 操作 ロボットの操作・入出力 ロボット 入力 制御のための 情報など 必要な情報が 大きく異なる センサ情報の 出力 提示など 人間 ロボットの入力と出力を分けて考える必要がある ロボットへの入力 命令 オペレータ側操作 システム 対応関係 ロボット側動作 システム 分類 ロボットへの入力・分類・命令 ・あらかじめ必要な動きを設計 ・命令に従って決まった動き 設計型 命令 メリット：操作が容易 デメリット：設計された動きしか出来ない ・直接操作 ・各自由度を動かす 全操作型 命令 メリット：状況によって自由な動きを作ることが出来る デメリット：操作が複雑 命令・具体例・ラジコン ・車型 ・４輪 ・２自由度 命令・具体例 設計型 命令 一連の動きを行う １ 命令・具体例 全操作型 命令 自由に動かす ロボットへの入力 命令 オペレータ側操作 システム 対応関係 自由度の関係 ロボット側動作 システム 分類 ロボットへの入力・分類・自由度 ロボットの 自由度 ≦ 操作側 システムの 自由度 １対１での 対応が可能 メリット：操作が比較的容易 デメリット：自由度の増大にともなってシステムが複雑化 ロボットの 自由度 ＞ 操作側 システムの 自由度 メリット：可搬性 デメリット：操作の複雑化 １対１での 対応が不可能 自由度・具体例 ロボット側自由度 ≦ 操作側自由度 １対１で対応可能 ロボット：２自由度 コントローラ：２自由度 自由度・具体例 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 ロボット：６自由度 コントローラ：２自由度 自由度・具体例 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 ロボット：６自由度 コントローラ：２自由度 ？ 自由度：１対多 操作が複雑 ロボットへの入力まとめ ロボット側自由度 ≦ 設計型命令 全操作型命令 人間があらかじめ 動きを設計する方法 各自由度を 操作する方法 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・操作は比較的容易 ・動きは自由に操作可能 ・システムの複雑化 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・動きは自由に操作可能 ・可搬性が高い ・操作が複雑 操作側自由度 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 従来研究 簡易な入力装置を用いたヒューマノイドロボットの 全身遠隔操作システム（２００４） システム：ロボットの自由度（３０） ＞ 操作側自由度（６） ロボットの遠隔操作 ボタンの切り替えにより，システムを実現 従来研究・問題点 •オペレータが操作出来る場所を限定 （両手先，両足，腰，頭 ： 計６箇所） •その他の場所：固定，他に従属 •両足についても，各自由度をすべて動かせるわけではない 設計型命令と全操作型命令の複合型 従来研究のアプローチ ロボット側自由度 ≦ 設計型命令 全操作型命令 人間があらかじめ 動きを設計する方法 各自由度を 操作する方法 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・操作は比較的容易 ・動きは自由に操作可能 ・システムの複雑化 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・動きは自由に操作可能 ・可搬性が高い ・操作が複雑 操作側自由度 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 設計型命令と全操作型命令の複合型 目的 人がロボットを簡単に，思い通りに操作するためのシステムを目指して ロボットの自由度 ＞ 操作側の自由度 全操作型 操作システムの提案 アプローチ ロボット側自由度 ≦ 設計型命令 全操作型命令 あらかじめ動きを 設計する方法 各自由度を 操作する方法 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・操作は比較的容易 ・動きは自由に操作可能 ・システムの複雑化 ・操作が容易 ・決められた動きのみ ・動きは自由に操作可能 ・可搬性が高い ・操作が複雑 操作側自由度 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 自由な動きを実現 手法 自 由 度 Ｍ 自 自 自 自 由 ロボットの自由度 由 由 由 度 度 度 度 自由度Ｎ Ｍ Ｍ Ｍ Ｍ 自 由 度 Ｍ 分割 切り替えることで 各自由度を 意識的に操作 人 操作システム 自由度M Ｎ＞Ｍ 手法の適用 実環境において，手法に即したシステム ロボットとジョイスティック ロボットの自由度 ＞ ジョイスティックの自由度 手法の適用 実験概要 ジョイスティックを用いて，ロボットを遠隔操作するシステムの 作成を行った 入力 （ジョイス ティック） パソコン ロボット パソコンはジョイスティックからの 入力とロボットへの通信に用いる 出力 （行動） 実験に使用したロボット 名前 ： SPC-001（Speecys) 身長／体重 ： ５０ｃｍ／３．７ｋｇ 自由度 ： ２３自由度 センサー ： 角度，温度，負荷（各サーボ） 三軸ジャイロセンサ，三軸Gセンサ CMOSカラーカメラ マイク（モノラル×２） その他 ： LED(３色×２），スピーカー， 無線LAN 実験に使用したジョイスティック 名前 ： EXTREME 3D PRO(Logitech) 特徴 ： アナログ３軸（自由度３） ボタン１２個 ８方向ハットスイッチ スロットル ＰＣとの接続方法 USB 卒論までの実験内容 ジョイスティック（操作側）の使用する自由度 ＳＰＣ－００１（ロボット）の使用する自由度 ： Ｍ ： Ｎ Ｍ＜Ｎ かつ 全操作型 を満たす操作システムの実現 １≦Ｍ≦３， Ｍ＜Ｎ≦２３ ジョイスティックのボタンにより分割した自由度を切り替える Ｎ個の自由度をすべて意識的に動かすことが出来る システムの実現 中間発表・システムの作成 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度の前段階 ロボット側自由度 ＝ 操作側自由度のシステム作成 腕の上げ下げ ジョイスティック レバーの傾き加減 DOWN UP 中間発表用システム 自 由 度 Ｍ 人 ロボットの自由度 他の自由度は無効 自由度Ｎ 操作システム 自由度M 分割 Ｎ＞Ｍ 中間発表・ターゲットの限定 •右腕の１自由度 ロボット ジョイスティック •アナログ１軸 ロボットの自由度 ＝ ジョイスティックの自由度 １自由度に対する制御実験 中間発表・実験内容 思い通りに操作出来るか 腕の制御 ジョイスティック 角度 中間発表・実験内容 腕を下ろした状態 ０度 順番 タスク 目標角度 １ 腕を上げる １２３度 ２ 腕を下げる ７２度 ３ 腕を上げる １７６度 ４ 腕を下げる ０度 １７６度 １２３度 ７２度 ０度 ２回行う Joystickの入力データ，サーボの角度データを取得 実験結果・角度制御 176度 123度 72度 0度 考察 •ジョイスティックの動きがロボットに的確に伝え られている •オペレータの意図した動きが出来ている 今後の方針 自 由 度 Ｍ 人 自 由 度 Ｍ 自 自 自 由 由 由 他の自由度は無効 度 度 度 Ｍ Ｍ Ｍ 操作システム 自由度M 自 由 度 Ｍ Ｎ＞Ｍ まとめ 中間発表までの成果 ロボットとジョイスティックの自由度を１対１対応させた 遠隔操作システムの作成 卒研発表の目標 ジョイスティックの自由度以上の自由度を持つロボットの 遠隔操作システムの作成 以上 人への情報提示・画面の表示 サー ボ 状態 角度 １番 S1 ２番 S2 ・・・ ２３番 S23 A1 A2 A23 負荷 温度 Gセンサ X,Y,Z軸 (-477～477) L1 L2 T1 T2 ジャイロ センサ X,Y,Z軸 (-512～512) T23 センサ 温度 T24 L23 出力データはすべて整数 実行結果・モニタ画面 従来研究・問題点・詳細 例： 両足の場合 片足６自由度 それぞれを動かす ことはできない 動きの設計（歩く） ロボットに与える入力は歩幅，歩行速度など 従来研究の手法 固 定 人 自 自 設計 従 ロボットの自由度 由 由 属 度 度 自由度Ｎ Ｍ Ｍ パラメータ 操作システム 自由度M Ｎ＞Ｍ 自由度・システムの複雑化 ロボット側自由度 ＞ 操作側自由度 ロボット側自由度 ≦ 操作側自由度 コントローラ：２自由度 ロボット：６自由度 コントローラ：６自由度 ロボット：６自由度 システムの複雑化 外骨格型マスタアームの例 センサーの値を取得 オペレータ側システム ロボット 自由度・可搬性 外骨格型マスタ・スレーブシステム マスタ １対１ マスタは各ロボットに 適した特殊な構造 ロボット 別種の ロボット 自由度・可搬性 本研究のアプローチ マスタ マスタは一般的な入力装置 ロボットに関係なく ソフトウェアで対応可能 ロボット 別種の ロボット タスクの目標角度について ブレイン・マシン・インタフェース 脳の活動を取得する ブレイン・マシン・インタフェースの問題 侵襲式・・・・ 頭部に直接電極を埋め込む •頭部に直接電極を埋め込む必要があり，手術が必要 •ロボットをあやつるために訓練が必要 非侵襲式・・・ 脳波，脳血流などを用いる •設計型命令による操作 •測定するためにＭＲＩなどの計測デバイスが必要 中間発表・実験内容 ロボットの制御方法として，３種類用意 各制御方法で思い通りに操作できるか 腕の制御方法 ジョイスティック ボタンの操作 角度 速度 1 2 加速度 実験結果・速度制御 176度 123度 72度 0度 実験結果・加速度制御 176度 123度 72度 0度 考察 •ジョイスティックの動きがロボットに的確に伝えられている •各制御とも，オペレータの意図した動きが出来ている •タスクによって操作しやすい制御方法が違うと思われるので切 り替えを行えることが望ましい
© Copyright 2024 ExpyDoc
