成果報告書詳細
管理番号20160000000502
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 環境・医療分野の国際研究開発・実証プロジェクト ロボット分野の国際研究開発・実証事業 災害対応ロボット・オープンプラットフォームの研究開発(2)
公開日2016/7/15
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人神戸大学
プロジェクト番号P12001
部署名ロボット・AI部
和文要約件名:平成26年度ー平成27年度成果報告書 環境・医療分野の国際研究開発・実証プロジェクト/ロボット分野の国際研究開発・実証事業/災害対応ロボット・オープンプラットフォームの研究開発

本研究開発は,東京大学,千葉工業大学,大阪大学,神戸大学の共同研究によって,災害対応ロボットシステムの開発を目的とするものである.ロボットシステムの中核は,油圧駆動のヒューマノイドロボット「Hydra」であり,ロボットの歩行などを司る運動制御システムに加え,通信状態が劣化した状況下でも動作するために外界認識システム,遠隔操縦システムを組み合わせた半自律機能を有するロボットシステムを開発する.神戸大学の担当開発項目および成果は以下のとおりである.

(1)遠隔操縦コクピットの開発
現有の双腕マスタアームのハードウェア改修と電気回路改修を実施し,新たに制御盤と電源盤を製作することで,DARPA Robotics Challenge(DRC) Finalsに出場できる遠隔操縦コクピットを開発した.開発した遠隔操縦コクピットは,片腕で6自由度のアームに1自由度のグリッパを有する双腕構成のマスタアームを中核とし,ROSベースのプログラムによって両腕の手先位置姿勢の指令値を出力できるようになっている.

(2)自律知能と遠隔操作を自在に混合するスーパーバイザリ制御系の開発
スーパーバイザリ制御の基本構成を決定し,半自律モードと遠隔操縦モードとを状況に応じて使い分けることとした.半自律モードであれ遠隔操縦モードであれ,実際にロボットに指令する前にシミュレーションでロボットの動作を事前確認できる機能が有効であることが,簡単な移動ロボットを用いた実験でも確かめられた.半自律制御のためのフレームワークとしてタスクシナリオアーキテクチャが考案され,作業分担の見直しにより開発は主として千葉工業大学で行われた.

(3)ネットワーク自己診断に基づく制御系の開発
DRC Finalsの当初の通信制限ルールに基づき,通信状況を自己診断して更新周期などの制御系のパラメータを動的に変化させることを想定していたが,改訂後の通信制限ルールを精査したところ,データの更新周期を動的に変化させる必要がないことが判明した.この改訂ルールに基づいてロボット・オペレータ間データ通信の基本仕様を決定し,その仕様を満たすデータ通信プログラムを開発した.またDRC Finalsで課せられる通信劣化を模擬するエミュレータを開発し,DRC Finalsに向けたシステム構築に活用した.通信データに新たなデータ型を追加するたびに通信プログラムを修正する手間を省くために汎用データ型を定義し,開発効率の向上に寄与した.

(4)全要素技術の統合と検証実験
米国カリフォルニア州にて開催されたDARPA Robotics Challenge Finals に参加し,災害対応模擬タスクの実証実験を行った.開発していたヒューマノイドロボットHydraは完成に至らず,競技は棄権となったが,リハーサルにて代替ロボットを用いて自動車運転タスクを成功させ,開発した通信プログラムの有効性が確認できた.幕張メッセで開催されたJapan Virtual Robotics Challenge,東京ビッグサイトで開催された国際ロボット展においても,システム全体を統合した実証実験が行えなかったので,その後に神戸大学において統合実験を行った.JVRCと同じ災害対応模擬タスクをシミュレータ上で行い,双腕マスタアームの有効性を検証した.
英文要約Title: The International R&D and Demonstration Project in Environment and Medical Device Sector / The International R&D and Demonstration Project on Robotic Field / Research and Development of Disaster-Response Robot Open Platform (FY2014-FY2015) Final Report

This R&D project is performed jointly by four organizations, the University of Tokyo, Chiba Institute of Technology, Osaka University, and Kobe University, aiming at developing a disaster-response robot system. The core part of this robot system is a hydraulically-driven humanoid robot ‘Hydra’. The system to be developed also includes the motion control system that governs walking and manipulation control of the robot as well as the external world recognition system which is necessary to control the robot under degraded communication conditions, and the teleoperation system including the data communication system. In this report, the outcomes of the development items that Kobe University was responsible are shown.

1. Development of remote operation cockpit
Hardware repair of the existing dual-arm master control device has been performed. New control circuitry and power circuitry for the dual-arm master control device have been designed and developed. The developed dual-arm master control device has seven axes (6 axes for position and orientation + 1 axis for hand gripper) for the right and left arms, respectively.

2. Development of supervisory control system for flexibly mixing autonomous intelligence and remote control
The basic policy of supervisory control has been determined. Depending on the situation, semi-autonomous control mode or manual control mode is selected. As a framework of semi-autonomous control, the task scenario architecture has been proposed. After reviewing and reassigning the development items among the institutes, this task scenario architecture was developed by Chiba Institute of Technology.

3. Development of a control system based on network self-diagnosis
After the major revision of the DARPA Robotics Challenge (DRC) Finals rule, it turned out that dynamic adaptation of the data update cycle is not necessary. Based on the revised rule, basic specifications of data communication between the robot and the operator have been determined and the data communication program has been developed.

4. Integration of all elemental technologies and verification experiment
We participated in the DRC Finals held at California, USA and conducted some experiments of disaster response simulation tasks. Although we had to abandon the competition due to the fact that our humanoid robot ‘Hydra’ was unfinished and not ready for the finals, we could complete the vehicle driving task in the rehearsal by using an alternative robot. Finally we conducted a verification experiment of the totally integrated system at Kobe University. Several disaster response simulation tasks were carried out in the simulation environment of the Japan Virtual Robotics Challenge (JVRC) and the effectiveness of the integrated system including the dual-arm master control device has been confirmed.
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