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視力覚フィードバックに基づく実環境作業支援システム

概要

近年,人間とロボットシステムを同じ作業環境に共存させ, 人間の作業の一部をロボットシステムで代替するという, 実環境作業支援システムの研究が行われている.このようなシステムでは, 人間の持つ柔軟な作業計画能力に,ロボットの持つ精密でパワフルな作業遂行能力を合わせることで, 人間が単体で作業を行うよりも優れた作業能力を実現できる.また, 微細加工や外科手術などの,熟練を必要とする作業に応用することで, 術者の作業負担を軽減することが期待される.

しかし,従来の作業支援システムでは, 主に内界センサや力覚センサの情報を用いて作業支援を行っていたために, 作業環境のモデルが不確実な場合や,作業環境が動的に変化する場合には対処できなかった. この問題を解決するためには, 視覚などの外界センサフィードバックを備えた作業支援システムを開発する必要がある.

このような考えのもとに,我々は, 実時間視力覚フィードバックを備えた接触作業支援システムを構築した. このシステムでは,感覚提示が実時間での視力覚フィードバックに基づいているために, 環境の変化に対して高応答な支援制御を実現できる.

システム構成

感覚提示用のアクチュエータとしては,高速な応答性を実現するために, 3軸ダイレクトドライブアームを用いた.このアームの先端部分に, 人間が作業に用いる各種の道具を取り付けることで, 作業と同時に提示力を与えることが可能となる.

一方,センサとしては,対象の位置と形状を計測するための高速視覚SPE-256と, 作業ツールに加わる接触力を測定するための6軸力覚センサを装備した. SPE-256は,画像入力部と処理部が完全並列に接続されている高速視覚システムであり, 初期視覚処理を[ms]以内に行う能力を持つ,対象の重心,2次モーメント, 大きさを計測するために用いられる.なお,現状のシステムでは単眼であるので, 奥行き方向の座標は既知として計算している.


実験

適当な位置姿勢に不安定な状態で置かれた対象に対して, z=150[mm]の距離から人間の手で筆ペンを振り下ろして,線を描画するタスクを実行した. 実験は,作業支援を行う場合と行わない場合の両方に対して実行し, 両者の結果を比較することとした.

動画



参考文献

  1. 山田泉,並木明夫,石井抱,石川正俊:実時間視力覚フィードバックを用いた実環境作業支援システム, 第17回日本ロボット学会学術講演会, pp.959-960 (2000) [PDF 形式 (0.2Mbytes)]

東京大学 情報理工学系研究科 システム情報学専攻 ・創造情報学専攻 / 工学部 計数工学科 石川妹尾研究室
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