革新的な形状および接触検出システムが連続ロボットの安全性を強化

北陸先端科学技術大学院大学、石川県

人間がロボットに触れると、ロボットは衝突を避けるために動作を変えます。 (画像:JAIST ヴァン・アイン・ホー)

自然界では、柔軟な触手を備えたタコや鼻を備えたゾウなど、多くの生物が驚くべき器用さを示します。研究者たちは、これらの自然構造にインスピレーションを得て、堅牢性と安全性を備えた柔軟性の高い連続ロボットの開発を目指しています。理想的には、連続ロボットは、ほとんどのタスクに必要以上に多くの自由度 (DOF) と関節の数を特徴とします。これらの特性により、形状を動的に調整および変更することができ、障害物や予期せぬ状況を回避できるようになります。ただし、動きが複雑なため、その形状や動作を特徴付けるのは困難です。

連続体ロボットの運動学的および動的問題の解決策を得る従来の分析手法は、複雑なモデリングに依存しており、計算コストが増加します。あるいは、連続ロボットに組み込まれた柔軟なセンサーを使用して形状や動きを追跡することもできますが、この方法では多くの低解像度センサーが必要となり、システムが煩雑になります。より有望なソリューションは、連続ロボットの端に単一のセンシング モジュールを採用することです。ただし、この方向に関するこれまでの研究は主にロボットの姿勢に焦点を当てており、接触検出には触れていませんでした。

このギャップに対処するために、北陸先端科学技術大学院大学 (JAIST) の Van Anh Ho 准教授が率いる日本の研究者チームは、ConTac と呼ばれる新しいシステムを開発しました。このシステムは、ロボット アームの形状と柔らかい皮膚との接触を推定できます。

ホー博士によると、「このシステムの最終目標は連続ロボットに実装することですが、今回の研究では検証のために多関節ロボットアームと柔らかい皮膚を使用して知覚に焦点を当てました。」チームには、JAIST の博士課程の学生 Tuan Tai Nguyen 氏と Quan Khanh Luu 氏、そしてハノイの VNU-UET 大学の Dinh Quang Nguyen 博士が含まれていました。

ConTac システムは、連続ロボットの曲がりを模倣するバックボーン、マーカー付きの柔らかい皮膚、皮膚の変形を観察するカメラ、皮膚の形状と接触感知用のモデル、および接触を認識する制御方式で構成されます。このシステムは、同じ機構と形状を備えた ConTac ユニットやその他のロボットにキャリブレーションなしで適用できます。

ConTac ユニットは、バックボーンとソフト スキンを備えた組み立てられた連続体エミュレーション ロボット アームです。研究者らはまた、知覚情報を使用してロボットアームの動きをガイドする、このシステム用のアドミタンスベースのコントローラーも開発しました。さらに、ConTac ユニットはコスト効率が高く、従来の材料から製造できます

この革新的なシステムは、柔らかい連続体スキンの形状再構成と接触検出に 2 つの深層学習モデルを採用しています。これらのモデルはシミュレーション画像を使用して完全にトレーニングされ、微調整することなく実際のロボットに直接適応されるため、時間とリソースが節約されます。システムの移行性は 2 つの異なる ConTac ユニットでテストされましたが、追加の調整を行わなくても同様に機能しました。

ホー博士は、この研究の重要性を強調し、「ConTac システムは、複雑な調整を必要とせずに、さまざまなロボット システムで使用することを目的としています。私たちのシステムを搭載した柔軟なロボット アームは、ロボットが障害物の多い環境を移動し、人間と安全に対話する必要があるスマート農業およびヘルスケア サービスに最適です。その柔らかさと柔軟性と、周囲を感知する能力の組み合わせにより、植物や患者と対話するのに最適です。」

このフレームワークで使用されるセンシングと制御の原理は、既存のロボット システムに取り付けられる新しい触覚センサーにつながり、ロボットの元の設計を変更することなく人間とロボットの安全な相互作用のための新しいセンシングと制御のパラダイムを提供する可能性があります。 「すべてのロボットや機械が触覚を持つ社会を想像してみてください。この変革は産業と日常生活に革命をもたらすでしょう。」とホー博士は言いました。

詳細については、Van Anh Ho までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。; +81 761-51-1584。