Kato Laboratory

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Kato Laboratory

125-8585
東京都葛飾区新宿6-3-1
東京理科大学葛飾キャンパス研究棟5F

 

 

 

本研究班では,障害物データの入力を必要としない手法の1つとして障害物の位置検出のために,超音波センサをアーム表面に張り付けセンタから得られた距離情報をもとに,ロボットが障害物を回避して動作計画システムを構築している.
本システムの構築として,超音波センサモジュールからの情報を元に,ロボットが初期コンフィグレーションから目標コンフィグレーションまで障害物を回避する動作を行うためのアルゴリズムに6次元のコンフィグレーション空間内での探索的手法を用いて動作経路計画を行う.
また,実機で実験に使用する超音波センサモジュールを製作し,モジュールとマイコンを接続し,マイコン間の通信を行わせ,計算機に距離情報を伝達するネットワークを作る.そして,それらについて実験を行い,アルゴリズム,通信法などについて有効性と実現性を検証する.

 図1.アームロボットの障害物回避システム

 

本システムの概要を図1に示す.本手法は実空間でアームロボットの各面に貼りつけた超音波センサにより障害物との距離を取得する.そして,その距離に応じて回避動作を行うか目標に向かうかを決定する.
目標へ向かう方法はコンフィグレーション空間上で,現在のコンフィグレーションと目標コンフィグレーションから引力ポテンシャルを計算,そこからベクトルを生成し目標へ向かう.このベクトルはコンフィグレーション空間で現在と目標を結ぶ最短の経路上にある.
また,障害物の回避には6次元コンフィグレーション空間で探索的手法を用いる.予め設定したある動作が障害物との距離を遠ざけるのであればそれを適用し,そうでないなら別の動作を試行する.
これらの動作をくりかえすことで,ロボットは自律的に障害物の情報を取得し,目標姿勢へ動作しながら障害物を回避することができる.

 

 次に,計算機を使ったシミュレーションで実験を行う.以下の方法で実験を行い,システムの有効性を検証する.
障害物を設置した空間でロボットを移動させ,障害物を回避しながら目標へ移動させる.
初期位置と目標位置はと同じで障害物の配置を変えた状態で目標へ移動させる. 

 

障害物回避の様子

次に,実機のアームロボットのシステムの概要を示す.
複数の超音波センサモジュールとそれを統合するマイコンから構成されるこのシステムには,通信効率の低下や配線の複雑化を避ける通信方式の選択が必要である.
超音波センサモジュールは複数の超音波送受信器と,その制御,信号の2値化,フィルタ,増幅などを行うマイコンで構成される.障害物を広い範囲で探知するために複数の送信機を使用し,障害物までの距離を取得する.
そして,これらのモジュールを各軸に上下左右4枚貼り付け,それらと統合する統合マイコンを含めて,各軸センサユニットとする.各統合マイコンはそれぞれのスレーブであるセンサユニットが取得した距離の情報を記憶し,マスタの統合マイコンに送信する.また,マスタマイコンは自分のスレーブであるセンサユニットの取得した距離とスレーブ統合マイコンの取得した距離を受信する.
各センサユニットと統合マイコンの通信にはI2C通信を使用する.I2Cはシリアル通信の1方式で,容易にマスタと複数のスレーブからなるパーティラインを構成することができる.
統合マイコン間の通信にはCAN通信を用いる.これにより,多くのマイコン間の信号が衝突することなく通信できることから通信効率の低下を避けることができ,また配線も簡単に行うことができる.超音波センサモジュール,センサユニットは多関節ロボットに図2のように実装する.なお,図2ではセンサモジュールを多関節ロボットの1面のみに貼り付けてある.

 

 

  図2.アームロボットのセンサ実装図

 

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タイトル

発表者

発表学会

発表年

超音波センサを用いた多関節ロボットの障害物回避
超音波センサモジュールの実装

河本真徳,
各務正弥,
石津健太,
加藤清敬

精密工学会2009年秋季大会
(2009.9.10)

2009

超音波を用いた多関節ロボットの障害物回避

石津健太,
各務正弥,
河本真徳,
山岸直政,
加藤清敬

精密工学会春季大会学術講演会

2009

超音波センサを用いた多関節ロボットの動作経路生成法

各務正弥,
石津健太,
加藤清敬

精密工学会秋季大会学術講演会

2008

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