成果報告書詳細
管理番号20160000000504
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(4)
公開日2016/7/15
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人大阪大学
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

災害等により、状況改善能力を持った作業主体が現状では人しかおらず、しかも人の安全性が大きく損なわれた状況で、「人に替わって人智を現場に届ける技術」としてのロボット工学が必要とされている。人智とは、高度な知識と技術に基づいて、複雑な状況下で意志決定し作業する能力のことである。しかし今現在、人と同等の作業能力を持ったロボットは、遠隔操縦を認めた場合でさえ存在しない。
研究室内で過度に簡単化された問題ではなく、極めて難易度の高い課題を敢えて設定し、それを短期間で解決しようとする挑戦的な研究開発が、技術を実用可能水準まで加速的に向上する手段として有効である。米国で企画されたDARPA Robotics Challenge(DRC)は、そのような方法の良いモデル事業となった。これへの出場は、現在我が国で最も急務と言って良い原子力発電所の廃止作業の早期実現と、我が国を常に脅かす種々の災害への対策配備、そして同時に世界における我が国のロボット分野における競争力を維持する上で重要な意味を持つ。
上記を受け大阪大学では、東京大学、神戸大学、千葉工業大学と共同で災害対応ヒューマノイドロボット開発を行った。本学は、バックドライバブルな身体を持つ人型ロボットの全身を操り、複雑環境内で移動させ、物体操作させるための制御システムの開発を担当した。外界から加えられる絶え間ない摂動、身体自体が持つ機構特性や電気特性の不確かさ、自律的意志決定モジュールや操縦者から送られる遠隔操縦指令等、非同期的に入力される外因的信号に対し、決して破綻しないロバストなロボットシステムを実現するための基盤として、次の4つを開発項目とした。
(1)両脚双腕を利用したロバスト移動制御ソフトウェアの開発
(2)ロボットハンドのマニピュレーション制御ソフトウェアの開発
(3)ヒューマノイド搭載計算機システムの開発
(4)全要素技術の統合と検証実験
得られた成果は、複雑環境内を安定に移動する制御・運動計画技術、接触の不確かさを吸収する対地適応制御技術、複数のセンサと身体モデルを用いた高速高精度な状態推定技術、LRFデータからの逐次地形推定技術、到達運動中の摂動に対する自然な運動の継続、手先の空間経路追従制御等多岐にわたる。これらを用いれば、操縦者は、ロボットが今どのような状況にあるかを正確に把握し慎重に指令値を発行しなければならない労苦から解放される。
一方で、他チームの担当したハードウェアシステム開発が完了せず、実際のモータ・センサや外界認識システム、操縦システムとの連動が確認できないまま事業期間が終了を迎えた。外界認識と移動の並列実行、対地適応制御、手指の制御等が大きな課題として残った。このことは大いに反省すべきである。検証実験としては、Japan Virtual Robotics Challengeに向けて大阪大学チーム単独でシステム開発し、出場した。その結果、上記の制御ソフトウェアが十分有用であることを確認した。
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

Robotics is being strongly demanded to be a technology that enables to "carry the human's wisdom instead of humans" to sites that have become hazardous for humans due to natural disasters or any other incidents where almost only human can operate to improve the situation. 'Human's wisdom' means an ability to make decisions and operate under quite complex conditions based on high knowledge and skill. Nevertheless, there exists no robots that are equipped with as high abilities as humans, even if they are remotely operated by humans.
An efficient way to accelerate the development of technologies to be practical level is to set a quite challenging problem rather than a toy problem defined in a laboratory, and to try to resolve it in a short term. DARPA Robotics Challenge (DRC) contrived in the United States turned to be a nice case of such programs. It is significant for researchers in Japan to get in the competition for early achievement of the abolition of the nuclear power plant, which is the most urgent business for us, preparation against natural disasters, which always threats our country, and preservation of competitiveness among many countries.
Osaka University joined a project to develop a humanoid robot for disaster response with other three universities, namely, the University of Tokyo, Kobe University and Chiba Institute of Technology. The mission of Osaka University team was to develop a whole-body motion control system for a back-drivable hydraulic humanoid robot to traverse in a complex environment and manipulate objects. The controller should be the basis of a robust robot control system against asynchronously input signals such as perturbations from the external world, mechanical and electrical uncertainties in the body, and remote commands from operators. The development items are the following four: (1) a robust transportation control software, (2) a manipulation control software, (3) a computation system mounted on the humanoid robot, and (4) integration of the above elements and investigation experiments.
The results include stable transportation control and motion planning techniques, adaptation to terrain to absorb uncertainties in contact, high-rate state estimation using several sensory signals and the body model, successive terrain mapping from LRF data, adaptive reaching motion correction to perturbations, stable spatial path-following. Those techniques contribute to free the operator from a burden that he/she needs to keep being careful to monitor the robot status and to issue the commands. The evaluation is yet incomplete since the hardware development has not been finished. Parallel perception and transportation, terrain adaptation and hand manipulation still remain as big issues. The system was evaluated that it is sufficiently effective for the system development through the participation in Japan Virtual Robotics Challenge.
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