成果報告書詳細
管理番号20160000000508
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 Choreonoidフレームワークを用いた災害対応ロボットシミュレータの研究開発(3)
公開日2016/7/15
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立研究開発法人産業技術総合研究所
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/Choreonoidフレームワークを用いた災害対応ロボットシミュレータの研究開発

 災害対応ロボットの設計支援、制御ソフトウェア開発支援、オペレータ訓練、運用計画支援を行える災害対応ロボットシミュレータの開発を行った。既存のシミュレータChoreonoidを開発基盤として、(1)米OSRFが開発しているシミュレータGazeboとの互換性を強化して研究成果の相互利用を可能とするとともに、(2)シミュレータの精度を向上させてシミュレーションの実機実験とのギャップを最小化した。また、(3)開発したシミュレータを広く一般に公開して災害対応ロボット開発に寄与すると共にシミュレーションによる災害対応ロボットの競技会「ジャパン・バーチャル・ロボティクス・チャレンジ」を開催し、災害対応ロボットの開発に有用なシミュレータであることを実証した。
 (1) Gazeboとの互換性強化では、Gazeboが使用するファイル形式URDFやSDFとChoreonoidが使用するファイル形式VRMLを相互に変換可能な変換ツールsimtransを開発した。これにより、Gazebo用、Choreonoid用に整備されたモデルファイル群を相互に利用することが可能となった。また、Choreonoidとの接続が可能な制御ソフトウェア開発基盤hrpsys-baseをGazeboと接続するための接続機能を開発し、hrpsys-base上で開発したソフトウェアが、GazeboとChoreonoidの両者で共有可能となった。更に、GazeboのODE(Open Dynamics Engine)をベースにしたシミュレーションエンジンと、Choreonoidのシミュレーションエンジンを互いに入れ替えて利用することを可能とした。これによりユーザは使い慣れたインタフェースを使いながら、別のシミュレータのシミュレーションエンジンを利用することが可能となった。
 (2) シミュレータの精度向上では、ロボットの力学パラメータの同定を行う系統的なフレームワークを開発した。本フレームワークでは、パラメータ同定における励起軌道の設計、ロボットに搭載されたセンサに基づくパラメータ同定、同定したパラメータによる精度評価とモデル改良を行う。また上述のパラメータ同定を行うソフトウェアをChoreonoidのプラグインとして開発した。本ソフトウェアでは、Choreonoidにおいて読み込み可能なVRML等で記述されたロボットモデルを扱うことができ、上述の記励起軌道を実行したロボットのセンサデータが与えられた際に、パラメータ同定を行ってChoreonoidのシミュレーションモデルを改良して、実験データとの整合性を向上させる。
 (3) シミュレータの実証では、開発したシミュレータをオープンソースソフトウェアとして公開して広く一般に利用可能とすると共にチュートリアルやマニュアル、バイナリパッケージを整備して新たなユーザがシミュレータの利用を容易に始められるような環境整備を行った。また、シミュレータを用いた災害対応ロボットの競技会、ジャパン・バーチャル・ロボティクス・チャレンジをCEATEC会場内にブースを構えて開催した。トンネル内災害を想定した複数の災害対応タスクに10チームが取り組み、開発したロボットの性能を競いあった。これにより開発したシミュレータが災害対応ロボット開発に有用なものであることを実証した。
英文要約Title: R&D of the disaster response robot simulator based on the Choreonoid framework(FY2014-FY2015) Final Report

We developed a simulator which is useful to design a new disaster response robot, develop a control software, train operators and plan operations. Based on the existing simulator “Choreonoid”, we have conducted (1) improvement of compatibility between Gazebo (a simulator developed by OSRF in the US) and Choreonoid, (2) development of an identification method of simulation model to improve accuracy of simulation results and (3) demonstration of the developed simulator.
(1) Improvement of compatibility between Gazebo and Choreonoid
We developed a model file conversion tool, simtrans. Users of Gazebo and Choreonoid can share models written in URDF or SDF for Gazebo and VRML for Choreonoid. We developed a software to connect a control software development framework, hrpsys-base and Gazebo. Since Choreonoid already has a function to connect with hrpsys-base, control software developed using hrpsys-base can be used with both of simulators. We also made it possible to exchange physics engines of Gazebo and Choreonoid. This function enables users to use the other simulator’s physics engine without changing their favorite user interface.
(2) Identification of simulation model
We have developed a systematic framework of inertial parameters identification for humanoid robots. The framework includes the generation of persistent exciting trajectories, the identification of inertial parameters with the internal sensors of a robot, the evaluation and modification of simulation models based on the identified parameters. We also implement them and developed an identification software as Choreonoid software plugin. It can handle robot models in Choreonoid, which are described by, for example, VRML. When a robot performs the designed exciting trajectory and the sensor data is acquired, the software can identify the parameters and improve the simulation model in Choreonoid in order to realize consistency with experiments.
(3) Demonstration of the developed simulator
We released the simulator as an open source software so that anyone can use it to develop a disaster response robot. In addition to source codes, we provided manuals, tutorials and binary packages to make it easy to start using the simulator. We also held a competition of disaster response robots by computer simulations, Japan Virtual Robotics Challenge (JVRC). Several tasks were chosen assuming accidents in tunnels and 10 teams competed performance of their robots. Through JVRC, we confirmed that the developed simulator is useful to develop disaster responses robots.
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