対象物体の初期誤差に対する把持戦略のロバスト性への動力学的要素の影響

摘要

近年，モノづくりの国内回帰を定着させるため，機種切替が迅速でかつ長時間無人運転可能なロボットセル生産システムに対する期待が高まっている．セル内には多種多様な部品を扱う工程が集約されるため，現状のロボットセルでは多くの部品特化型グリッパが使用されているが，グリッパの仮置場所や交換時間などの問題から汎用的なロボットハンドの開発が求められている．しかし，ハンドの設計は設計者の試行錯誤に依るところが大きく，実際に現場からの手戻りが発生して迅速な機種切替が阻害されているという問題がある．こうした背景から，筆者らは把持現象を理論的に解明することにより，合理的にハンドを設計するための新たな枠組みの構築に取り組hでいる．具体的には，Fig.1 に示すように扱う部品の初期位置·姿勢にある程度の誤差があっても，それを吸収して目的の把持を確実に達成する把持戦略と機構を設計する手法の構築を進めている．筆者らはこれまで，把持動作の最も基本的な要素である押し操作の解析に基づき，ある把持戦略を用いてハンドの指を動かすときに，目的の把持を達成するために許容することのできる対象物体の初期誤差範囲を導出する方法を提案してきた．また，逆に対象物体の初期誤差範囲が与えられたときに，それを許容して目的の把持を達成できる最適なロバスト把持戦略を能動探索アルゴリズムを用いて効率的に求める方法も提案している．なお，文献1) 2) では個々の指と対象物体が摩擦なし接触すると仮定し，指と対象物体の滑りを利用することで対象物体の初期誤差を吸収することを想定している．ただし，これらの手法では把持動作は確実性を重視して十分低速で行われるとし，したがって対象物体の運動は準静的であると仮定して指と対象物体の衝突や対象物体の慣性といった動力学的要素の影響は無視しているが，準静的解析の適用性についてはこれまで厳密に検証していなかった．関連研究として，Jia らは押し操作の動力学的解析を行っているが，指と対象物体が一点のみで接触し，かつ両者が衝突しない場合しか議論されていない．また，MasonやSuらは押し操作の例題を準静的，動力学的の両方で解析し，対象物体を押す速度や対象物体の慣性がその運動に与える影響について考察しているが，扱っている例題は非常に単純化されたものであり，また衝突については考慮されていない．そこで本稿では，衝突も考慮した多点接触による押し操作の動力学的解析を行い，その解析結果に基づく把持シミュレーションを用いて動力学的要素が把持戦略のロバスト性に与える影響について考察するとともに，筆者らがこれまで行ってきた準静的な把持動作解析の適用性について検証する．