成果報告書詳細
管理番号20160000000511
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 災害対応ヒューマノイドロボットHRPー2改の研究開発
公開日2016/7/13
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〜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/災害対応ヒューマノイドロボットHRP-2改の研究開発

(1)災害対応ヒューマノイドロボットの開発
 既存のヒューマノイドロボットHRP-2の計算処理能力を向上させるため、Core i7(3.2[GHz])のコンピュータ:1台とCore i5(1.3[GHz])のコンピュータ:1台に載せ替える改造を実施した。また、DRC Trials 2013 を模擬した環境をベンチマークとして身体能力的仕様を策定し、四肢リンク長を各50[mm]延長する改造と手首関節配置変更の改造も実施した。DRC Finalsの環境、JVRCの環境などで明らかになった問題に対応するため、足首の可動範囲拡大や、腕部の動作再現性を向上させるための治具作成等の追加改造を行った。
(2)高速降着動作・受け身制御
 HRP-2改によって、静止した直立姿勢から安定な降着姿勢への動力学効果を利用した素早い移行動作を実現した。前方への降着動作では、直立状態から3秒以内に膝を床についた降着姿勢にスムーズに移行できることを確認した。後方への降着動作では、Differential Dynamic Programmingにより重心-ZMPの軌道計画を行い、直立状態から右足を20cm後方に踏み替えると同時にしゃがみこんだ状態への移行を4秒以内にできることを実証した。
 これに加えて、DRC Finalsにおいて頻発した過酷な転倒事故による機体の破損を回避するためのプロテクターについて検討した。まず新たに開発した過酷転倒実験装置を直立状態から転倒させ、床面衝突時に100Gを超える加速度が発生することを確認した。これを出発点として各種の衝撃吸収素材を装着してその性能を評価した。さらに受動的な素材だけでは衝撃吸収性能が不十分だったため、エアバッグシステムを開発した。以上の衝撃吸収素材とエアバッグシステムを、HRP-2改の下半身部分のコピーである転倒試験装置に装着して転倒実験を行った。転倒による装置の破損は認められず、転倒後も歩行可能な機能を有していることを確認した。最大加速度は23Gであり十分な衝撃吸収性能が得られていることが確認できた。
(3)遠隔操作構造化インターフェース
 タスクの遂行に要するロボットの操作を構造化する記述体系を開発し、これに基づく高水準な操作インタフェース「タスクシーケンサ」を統合ロボットソフトウェアChoreonoid上の遠隔操作インタフェースに統合した。これを用いることで、タスク遂行操作の大部分を自動化し、物体認識の補助や動作結果の確認といった必要最小限の操作でタスクを遂行できるようになり、結果として、HRP-2改によるDRC Trialsの「バルブ」「ウォール」タスクの遂行を6分以内、「デブリ」タスクの遂行を15分以内で遂行できるようになった。DRC Finals, JVRC, 実演会の各種タスクの遂行もこのシステムを用いて実現し、開発したインタフェースの有用性を確認した。
(4)DRC, JVRC, 実演会における実証
 DRC Finalsに参加し、競技日1日目には予期しない転倒によって8ポイント中1ポイントの獲得に終わってしまったものの、競技日2日目には5ポイントを獲得し、全23チーム中10位(日本からの参加チーム中最高位)を獲得した。JVRCでは開発したHRP-2改に対して、仮想的に関節出力を強化し、腕部にテレスコピックカメラを搭載したモデルを開発し、これを用いて実質2位(関係者のため公式順位からは除外)を獲得した。また国際ロボット展においては、不整地歩行、一本橋歩行、ドアを押し開けて通過、横転したトラックのフロントガラスに突き刺さったパイプを引き抜いて、運転席の状況を確認する実演を行い、開発した技術の有効性を示した。
英文要約Title: R&D of disaster response humanoid robot: HRP-2Kai(FY2014-FY2015) Final Report

Towards the development of disaster response humanoid robots, it is desired that their hardware has (i) calculation processing capability for high autonomous function, (ii) physical ability for walking on uneven terrain together with a large step and a steep slope, and (iii) human-size body. To realize it, we rebuilt a humanoid robot HRP-2 which has a “(iii) human-size body” by improving its “(i) calculation processing capability” and “(ii) physical ability”.
In the 2014 fiscal year, for the improvement of “(i) calculation processing capability”, we replaced the computer systems. A Core i5 computer and a Core i7 computer were mounted in place of a couple of Pentium III computers. More powerful ATX power supply was implemented. For the improvement of “(ii) physical ability”, link lengths and the joint configuration were reviewed by evaluating the simulation results that we tried out 8 tasks of DRC trials 2013 on the dynamics simulator: Choreonoid. Taking account of the evaluation, the arm link, the leg link, and the neck link were extended in comparison with the original HRP-2. The Yaw-Roll-Yaw wrist replaced the Yaw-Roll-Pitch wrist. The batteries system was also considered and the LiFe batteries were newly employed.
In the 2015 fiscal year, we improved several issues found out through DRC Finals and JVRC. One of improvements is that we enlarged the movable range of ankle roll joint in comparison with the original HRP-2 Kai. Another is that we made a jig tool towards improving the reproducibility of arms of HRP-2 Kai.
To prevent falling, we examined quick and dynamic squatting motion of HRP-2 Kai. As a forward squatting, a standing HRP-2 Kai could smoothly transfer into kneeling posture within 3 seconds by our method using trunk position compliance control. For a backward squatting, we designed simultaneous step back and squat motion within 4 seconds by using Differential Dynamic Programming (DDP). This motion was successfully tested on HRP-2 Kai.
In considering a harsh falling accident as observed in DRC Finals, we developed a falling test device and used it to evaluate protect gears for humans. Without protect gears, the maximum acceleration at the impact was over 100G. We found it can reduce less than one third by putting appropriate shock absorbing materials. To realize softer landing, we developed an airbag system. We developed a testing device consisting lower part of HRP-2 Kai and performed a falling test. With shock absorbing materials and the airbag system, the device successfully endured the harsh falling from erect posture to the floor. Its maximum acceleration was 23G.
We developed a description system for structuring robot operations required for performing tasks, and integrated a high-level operation interface “task sequencer” based on the description system into a teleoperation interface built on Choreonoid, which is an integrated robotics software platform. By using the interface, most of task operations can be automated and an operator can perform tasks with minimal operations such as assisting object recognition and confirming the results of robot motions. This allowed the HRP-2kai robot to perform the “Valve” and “Wall” tasks of DRC Trials within six minutes, and to perform the “Debris” task within 15 minutes. We also used the developed interface to perform the tasks in DRC Finals, JVRC, and the exhibition of this project, and confirm the usefulness of the interface.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る