双腕ロボットによる料理作業実現のための食材の切断に関する研究～抽象操作記述と対象認識に基づく動的軌道生成～

摘要

本研究の目的は，双腕ロボットシステムを用いて人のように料理作業を行うことを題材とし，その作業の中でも基本的な操作のひとつである，食材の切断操作を実現することである．具体的には，食材の大まかな位置と，それを切断するという命令が与えられたことを前提として，対象の食材を実際に切断する為に必要な対象食材の位置姿勢の認識と，切断操作を実行するときの手先軌道の動的な生成を実現することである．認識する食材や切断操作には多くの種類があるが，本研究では特定の対象や操作を対象とした作り込みではなく，それらを作り込む際に利用できる一般化された再利用性の高いスキルとして操作を実現することを目指した. また，抽象的な作業記述を操作という単位に分割し，抽象的な操作の記述から具体的なロボットの動作軌跡を実環境に適応させて生成するための実装をスキルとして定義し，さらにスキルの内部の記述をスキル層，応動層，動作層に分けて構造化することで，抽象作業記述から動的にロボットの動作生成を行う過程を体系立てた．本研究では，食材の切断という課題の達成に必要なセンシングの要件，操作の要件を明らかにし，これに基づいた食材認識手法と切断操作の手法を提案し，これらの実行要件を満たすロボットシステムを構築し．提案手法の有効性を実験によって検証した．食材の認識では，ロボットの手先に装備したRGB-Dカメラを用いて複数の視点から得られた点群情報を統合することで食材全体の形状取得し，安定的に位置姿勢を検出する手法を提案した．食材の切断操作では，切断中に刃先に加わる反力のフィードバックを利用して動的に軌道生成を行い，食材の大きさや硬さに関する個体差や実行環境の違いを適応的に吸収する手法を提案した．これらの手法を，構築したロボットシステムに実装し，実際に食材の切断に成功した．