成果報告書詳細
管理番号20160000000561
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 災害現場支援のための2脚2腕ロボットシステムの研究開発
公開日2016/7/13
報告書年度2014 - 2015
委託先名国立大学法人東京大学
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/災害現場支援のための2脚2腕ロボットシステムの研究開発」

本研究開発の目的は、災害現場などの車輪型ロボットでの移動が困難な環境において2脚による歩行や、手をついての歩行などが行え、転倒しても起き上がって動作を続ける、人間と同程度の運動性能と器用さを備えた大出力2脚2腕ロボットを開発し、そのロボットを通信速度や通信量が不安定な状況においても遠隔から操縦し、環境を認識しながら災害現場支援行動を実行させることのできるロボットシステムを構築することである。1.災害現場において継続的に活動可能なロボットハードウェアの開発 ロボットハードウェアの開発においては、大出力身体の開発として、上半身と下半身に同じモーターを使用し、出力が必要な関節は2つのモーターで駆動することで、重い物を持ち上げ運ぶなどの全身を用いた大出力を必要とする動作が可能な大出力身体の構成と、それらを構成する駆動システムの簡易化をはかり、短時間で33自由度(39駆動モーター)を有する大出力ヒューマノイドロボットJAXONを開発した。長時間継続動作可能な電源系として、駆動系(高電圧系)と制御系(低電圧系)の2種類のLiFeバッテリーを用いて、合計1kWh以上の電源容量をロボットに搭載できるようにし、80分以上の給電ケーブル無しでのロボット動作を行うことのできる電源系を開発した。環境と接触可能な外装として、転倒や環境と接触しながらの動作に備えて、衝撃吸収の構造とカメラ等を保護する外装フレームの構成を開発した。力強さと器用さを兼ね備えたハンドとして、手をついて移動するような動作とマニピュレーションを行うことのできる、マニピュレーションを阻害しない接地点を備えたハンドを開発した。2.未知な環境において動作できるロボットの制御システムの開発 開発したロボットのハードウェア上において、未知な環境において動作できるロボットの制御システムを構築し、開発した不整地歩行制御を含む不整地歩行制御システムを実現した。全身環境接触行動の実現として、2足歩行だけでなく、四足歩行や手をついた歩行を行うように歩行制御システムを拡張した。3.自律性と操縦性を随時切り替え可能なロボット操作インターフェース 通信量が極めて少ない状況においても、適切にロボットの取得したデータを受け取り表示でき、ロボットへの指示や操縦のできる操作インターフェースとして、ロボットが環境を認識し、人に承認を得ながら半自律的に作業するための環境認識機能と、ロボットの動作に随時割り込んで指示を変更でき、計画した動作を対話的に承認するインターフェースを構築した。4.災害対策ヒューマノイドロボットのディペンダビリティの確保のための設計評価 ハードウェアの設計、ソフトウェアの設計をまとめ、国際学会での論文として設計評価の内容を公表した。以上、災害対応を目的としたヒューマノイドロボットのハードウェア、制御システム、認識モジュール、操作インターフェースそれぞれの要素について研究開発を行い、その有効性を、平成27年6月の米国でのロボット競技会と、平成27年12月の国際ロボット展示会での実演で示した。実演では、必要なときに手をついて移動し、続けてマニピュレーションが行えること、水平でない屋外環境において歩行移動し、階段を登ることができ、複雑な平面が組合わさった不整地移動ができること、3次元点群視覚処理によって、不整地や段差を含んだ環境の認識、道具の認識などの認識が行えることを示し、環境の異なるロボット競技会及びロボット展示会のデモンストレーションにおいて、実験室以外の環境においてもシステムが動作可能であることを示した。
英文要約Title:Research and Development of Biped Dual-Armed Humanoid Robot System for Disaster Response (FY2014-FY2015) Final Report

The purpose of this research is to develop robot systems for the support of disaster response operations. The developed robot hardware has kinematic performance and dexterity comparable to humans, and has the capability of bipedal walking for navigating through environment that is difficult for wheeled robots to traverse through. 1. "Development of robot hardware capable of prolonged operation at disaster sites" We have developed a super-powerful dual-armed biped robot for disaster response, JAXON, in a short time. It has 33 D.O.F. (39 motors). In terms of hardware design, for high-power humanoid robot body, the same motor for arms and legs were adopted. Dual-motor joint was utilized for joints requiring high torque output. We developed a power system for robots adopting lithium ferrite batteries permitting large electric currents. This power system allows for more than 80 minutes of robot activity with over 1000kWh of electric capacity. We developed shock absorbing structures and metal frames as armor for humanoid robots for guarding cameras in case of falls and contact with environment due to robot motion. For the development of powerful and dexterous hands, we developed a robot hand capable of manipulating small objects and supporting the body during quadrupedal walking. 2. "Development of control systems for operation in unknown environments" A robot control system for operation in unknown environments was developed. The developed robot can locomote through uneven terrain using the uneven terrain locomotion control we developed. We expanded the locomotion control system with quadruped walking capabilities. 3. "Robot teleoperation interface with switchable autonomy and maneuverability" We built an interface for appropriately receiving and displaying information obtained by the robots and maneuvering and commanding the robots, even in environment with limited communication between robot and operator. We developed an operation interface that can interrupt and change instructions while the robot is moving. It contains an environment recognition module, which can evaluate recognized result with interactive approval by an operator. 4. "Evaluation of humanoid robot design for disaster response" We published papers on the design of the robot hardware and the architecture of the software at an international conference. We carried out research and development of a disaster response humanoid robots. It contains hardware design, control system, recognition software, and user interface. Effectiveness of this system was shown at the robotics competition, DARPA Robotics Challenge, in June 2016 and the demonstration at the International Robot Exhibition in December 2016. In the demonstration, the robot could locomote by placing its hands on the ground when needed and could subsequently manipulate objects. We demonstrated that this system works in two different environments – robot competition and robot exhibition – other than our laboratory.
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