新規開発ロボットのハードウェア議論 #82
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4月8日のミーティングで議論を行う。 |
オープンプラットフォームオフィスロボットの構想どのようなロボットが多く利用されるか？を考えた。 作りやすさ(用意のしやすさ)既存のロボットを買わずに自作することを選ぶ理由として、拡張性などがあげられるが、作りずらいもの(高価すぎる、専用工具が必要、部品の入手性が悪いなど)は使用しにくい。
拡張性の高さ使用されるシーンは多岐にわたり、利用者が都合のいいように改造、開発ができるハードウェアが求められる。 使いやすさ扱いやすいロボット
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世の中にあるロボットのいいところは利用する、足りていないと思う部分は開発する。 |
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星取表の項目案です。 拡張性〇：ハードウェアの拡張性がある 可搬重量〇：?kg以上持てる 重量を設定する必要がある 接地面積〇：接地面積が小さい これも定義が必要。 屋外移動〇：屋外の移動可能 オムニホイール、メカナムホイールなどは非推奨？ |
本日の議論マニピュレータ目的：?
台車目的：屋内、屋外を走行できるようにする。機動性が高いこと、屋内でも動けるような大きさ。
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ハードウェア要件の期日：6/5 |
メモハードウェアの要件
以下に理由をまとめる オープンソースで公開されている研究目的の「設計データを公開する」ことに由来する。また設計データを公開しているオフィスロボットが少ないため。 拡張性が高いicartのように公開したロボットをベースに開発ができるようにするため、拡張性が高いハードウェアが求められる。 幅広い用途に使用可能幅の広い分野で使用可能であることにより、おにぎりやプリント、検収物の回収など複数で複雑なタスクが1台のロボットで作業を遂行できるため。 双腕であること作業効率を上げるため 作業のために手先にカメラが搭載されいること手先カメラの搭載によって狭い空間でのマニピュレーションが可能であるから、また正確に物体を把持するため。 アームのペイロードが2kg以上であること遂行できるタスクの範囲が広がるため。（例：ドアの開閉、運べる物の範囲が広がるため） 高所、低所のマニピュレーションが可能であること作業を行う上でおにぎりを落として拾うことやエレベータのボタンを押す必要性があると考えられるためマニピュレーションの作業空間を広げるために上下機構が必要である 床との接地面積がなるべく小さいこと狭い空間でも作業を遂行するため。 |
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調査した結果と上記の要件がつながっていない気がします． |
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修正しました。 ハードウェアの要件
以下に理由をまとめる オープンソースで公開設計データを公開しているオフィスロボットが少ないため、設計データを公開することで研究開発の敷居を下げる 拡張性が高いicartのように公開されたロボットをベースに開発を進められるようにするため、拡張性の高いハードウェアが必要である。 片腕、双腕の切り替えが可能片腕タイプのサービスロボットも多くあり、RoboCup@Homeに出場しているロボットは特に片腕である。一方、TIAGoはユーザの使用用途に応じて片腕か双腕かを選択できる。それにならい、片腕と双腕を用途に応じて付け替えるようにする。 手先にカメラを備える日立のマルチタスク型ロボットや創価大学のsobit proは手先にカメラを付け、狭い作業空間での視覚補助や、物体把持時の認識などに利用している。それにならい、各グリッパにカメラを備える。 アームのペイロードを2kg以上研究室のドアを開閉する場合、アームのペイロードは2kg必要である。TIAGoや日立のマルチタスク型ロボットなどは2kgのペイロードを持っており、これらの構造を模倣することで同等の性能を確保する。 高所、低所のマニピュレーションが可能ロボットの作業範囲を大幅に拡大するため、胴体部に昇降機構を備える。日立のマルチタスク型ロボット、TIAGo、Fetchなどがこの機構を持ち、作業範囲を広げている。 床との接地面積を60cm以下とする狭い空間での作業を可能にするため、ロボットの接地面積を小さくする必要がある。RoboCup@Homeに出場しているロボットは直径60cm以下であり、それ以下の接地面積であれば、家庭内やオフィス内でのタスクの実行が可能である。 |
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方向性ということでは良いとは思いますが，もっと精緻な議論を行う必要があるかと思います． 例えば，「拡張性が高い」ということを要件とした場合，何をもって拡張性が高いと判断するかが分かりません． 高所，低所のマニピュレーションが可能ということに対して，どこを高所，低所とするかという定義がありません． また，作業領域やグリッパの種類などもおそらく設計に必要になると思いますが，それが議論されていません． 他にもありますが，分かりやすいところを示しています． 要件を並べることで，あとは設計するだけにすることが目的だと思いますが，これでは何を設計するのかかがまだ不明確だと思います． あと，全体を見渡して決定していると思いますが，上記の説明だと一部のロボットがそうであるので，このロボットもそうするという感じに受け取れて，あまり印象はよくありません． 最後に，まずはこのように全部入りの仕様にしても良いと思いますが，希望を全部叶えるロボットは設計・製作が難しくなると思います． |
オフィスロボットの作業内容と作業領域
ハードウェアの要件
オープンソースで公開設計図、CADデータ、部品リスト、組立説明書、などの情報を公開する。 差動2輪台車屋内で活動するオフィスロボットの多くは、オムニホイールやメカナムホイールを使用して全方位移動を行う。しかし、屋外を自律走行する際にはオドメトリが取れず、自律走行が困難になることがある。そのため、差動2輪台車で設計し、ベースフレームにはORNE-boxを使用する。 双腕マニピュレータ調査したオフィスロボットは片腕マニピュレータのものが多くあった。特に、RoboCup@Homeに出場しているチームのロボットはほとんどが片腕のものであった。しかし、今回設定した作業内容では、おにぎり、お金の把持とエレベータ操作やドアの開閉操作を同時に行う必要があるため、双腕マニピュレータで設計する。 2種類のハンド右ハンド、左ハンドで種類を変える。 2自由度を持った首首部分には、ピッチ軸とヨー軸方向の回転軸を持たせる。調査したほぼすべてのロボットが2自由度をもっており、必要不可欠な要件であると考える。 マニピュレータが上下に動く機構今回設定したタスクの中で、ハンドが届く必要のある上限と下限は以下のようになっている。
接地面積が60cm以下RoboCup@Homeに出場しているロボットは直径60cm以下である。そのため、接地面積が60cm以下であれば一般的なオフィス内での活動が行えると考えられる。 LiDAR, IMU, RGB-Dカメラ, マイク, スピーカーを使用LiDAR、IMUは自律移動に使用。RGB-Dカメラは認識、マイクとスピーカーは人間との会話に使用する。 |
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開発したロボットを公開した時、見た人たちに「なるほど」と思わせる必要がある。
というような質疑応答があるはず。ここからロボットのコンセプトが見えてきそう。 |
設定したシナリオ
ハードウェアの要件定義シナリオ由来のハードウェア要件
活動環境由来のハードウェア要件
要件定義の詳細差動二輪台車他の研究室や企業で開発されているオフィスロボット21台を対象に調査をした結果、8台のロボットが差動二輪台車であった。一番多い台車は10台で、メカナムホイールまたはオムニホイールを使用した台車であったが、屋外走行の際、オドメトリが取れないことやホイールの隙間に小石や枝が挟まることがあることから、使用するのが難しい。そのため、差動二輪台車であることが望ましい。 双腕シナリオの中に、椅子を動かすタスクがある。実際にオフィスロボットで椅子を動かしていたのは、EVEとMobile ALOHAの2台であり、どちらも双腕であった。片腕よりも双腕のほうが椅子を動かすのは容易であるため、双腕であることが望ましい。 マニピュレータの可動域が地面~1.5mシナリオ内でマニピュレーションが必要なのは、机の上とエレベータのボタン、地面である。地面へのマニピュレーションは、物体を落とした際にシナリオに復帰できるようにするため必要である。そのため、マニピュレータの可動域は、地面からエレベータ内のボタンがすべて操作できる地面から1.5mの範囲とする。 マニピュレータの可搬重量が1.5kg研修室で受け取る物品の最大重量を1.5kgと設定したため、いったん1.5kg 汎用的な物体把持が可能なハンドシナリオのなかで把持が必要なものは、お茶、布巾、研修室で受け取る荷物であり、特定のものを掴むハンドではなく様々な形状の物を掴めるハンドが望ましい。 人との会話が可能人とのコミュニケーションとして、会話を行う。 走行時の幅0.6m以下廊下の最低幅が1.2mであるため、そこで人とすれ違えるように0.6m以下の幅が望ましい 身長1.5m以下人に余計な威圧感を与えたくない。調査したオフィスロボットの平均身長が147cmであることから、150cm以下の身長であれば問題がないと考える。 |
以下の内容のロボットを設計
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星取表の項目を修正しました。
「スムーズな作業」やサイズに関してはもう少し具体的な表現に変えます |
今後開発するロボットのハードウェア的な特徴、設計指針を定める。
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