2021/06/15学生編集委員会企画：第38回日本ロボット学会学術講演会レポート（一般セッション：ロボットハンド・グリッパ (1/2)）

執筆日：2020年2月15日
筑波大学　牧原昂志

　2020年10月9日から11日にかけてオンライン開催された第38回日本ロボット学会学術講演会セッション参加レポートをお届けします．
　今回レポートするのはセッション1日目，10月9日の午後に開かれた「GS14:ロボットハンド・グリッパ (1/2)」です．
　このセッションでは5件の発表が行われました．まずはその内容を簡単にご紹介します．

　1件目は日立製作所のグループによる，「In-hand manipulationによるpeg-in-hole作業を実現する低自由度ハンドの基礎検討」です．各１自由度の3本指ハンドによる制御を利用して，位置姿勢の誤差にロバストなpeg-in-hole作業を実現する手法を提案しています．
　2件目は神戸大学のグループによる，「物体ごとの把持姿勢を考慮したピッキング作業のための汎用ロボットハンドの設計」です．物体それぞれにおいて人間による把持姿勢を参考に決定された把持戦略をもとに，決められた戦略に適用できるロボットハンドを開発しています．
　3件目は富山高専のグループによる，「折りたたみ可能な平面機構を有するロボットハンドの提案」です． 平面部分を持つロボットハンドの機構と操作戦略によって，つまみやつかみといったような人間のハンドリングを模倣する操作を実現しています．
　4件目は大阪大学・(株)豊田合成・(有)安田電子設計事務所・東京大学による，「ワンボード・USB 給電タイプの 高速・高精度近接覚センサの開発とプリグラスプ制御の解析」です．把持前にハンドの指先位置を調整するプリグラスプを行うための近接覚センサを，実用面における精度などの問題点を解消し検証しています．
　5件目は大阪大学のグループによる，「A High-precision Friction Identification Method for a Low-inertia, Low-friction Actuator」です． 協働ロボットなどに必要なトルク推定や制御のための，関節の摩擦モデルを高精度に同定する手法を提案しています．

　これらの中から，私が特に興味を持った1件目の「In-hand manipulationによるpeg-in-hole作業を実現する低自由度ハンドの基礎検討」と2件目の「物体ごとの把持姿勢を考慮したピッキング作業のための汎用ロボットハンドの設計」について，詳しくレポートします．

「In-hand manipulationによるpeg-in-hole作業を実現する低自由度ハンドの基礎検討」（日立製作所）

　peg-in-hole作業はシャフトの挿入など，μm単位の高精度な制御が必要な部品が多いです．このような高精度な作業をロボットによって実現するためには，高精度なロボットアームや多自由度のハンド，力センサを活用することで可能となるような研究が行われてきましたが，コストが大きいといったデメリットもあります．

 

図1.ロボットハンドの外観（予稿原稿[1]より転載）

 

図2.挿入実験の例（予稿原稿[1]より転載）

　提案された手法では，低コストのロボットハンド機構(図1)によってpeg-in-hole作業(図2)を実現しています．低コストであると，制御の精度などは落ちてしまう問題がありますが，提案された機構では，挿入前の探り動作を取り入れて解決しています．この動作の間にハンドの中で任意の位置へ物体を操作することで，手先位置制御の誤差が少々あったとしても挿入作業を成功することができています．この探り動作は，いきなりまっすぐ挿入するのではなく，物をはめ込む前に小刻みに姿勢を変える動作のことで，物体のかみつきを防ぐ事前操作によって挿入作業を成功しやすくなります．人間も手の中で物体の位置姿勢を変えながらpeg-in-hole作業を実行しているので，シンプルな機構で人間のような動作を実現できることは面白いと思いました．

「物体ごとの把持姿勢を考慮したピッキング作業のための汎用ロボットハンドの設計」（神戸大学）

　汎用的なロボットハンドを作ることは非常に重要な目標でありますが，把持対象物の種類の多さから，様々な形状や大きさのものに対応する必要があります．ピッキング作業に関しては，人間は簡単に行うことができますが，ロボットでこれを摸倣しようとすると，手の構造を模したハンドの設計と制御は簡単ではありません．実用的には，単純な機構の二指の並行グリッパや吸着ツールなどのハンドを適用することが多く，Amazon picking challengeというピッキングに関するコンテストではこのようなハンドがメインで使用されていました．簡単な機構のハンドを使ってもピッキングは可能ですが，やはり様々な形状や大きさのものに対応することには課題が残っています．
　これを解決するために，提案手法では人間の手の機能を模倣しピッキングに特化したロボットハンドを開発しています．この手法では，人間の手の拇指（親指）と示指（人差し指）の動きに着目し，これらの指を使った人間が行うような「つかみ」「つまみ」「すくい」という３動作を再現することができる機構(図3,4)になっています．機構における指の長さなどのサイズに関しては，対象物体の種類を絞ってこれら全てに対応できるような把持力や把持位置が取れるように決定しています．全ての種類に対応するハンドをつくろうとすると，必然的にハンドのサイズが大きくなり，ハンドが対象物以外に接触して把持ができなくなる可能性があります．この研究では把持できることを維持しつつ，ハンド全体のサイズを抑えるような設計ができていることが面白いと感じました．

 

図3.ロボットハンドの機構（予稿原稿[2]より転載）

 

図4.ハンド機構の実機（予稿原稿[2]より転載）

　以上で「ロボットハンド・グリッパ (1/2)」のセッションレポートを終わります．

【講演プログラム】
1G2_GS14:ロボットハンド・グリッパ (1/2)

[1] 1G2-01 In-hand manipulationによるpeg-in-hole作業を実現する 低自由度ハンドの基礎検討
○森 翔太郎(日立製作所)，網野 梓(日立製作所)

[2] 1G2-02 物体ごとの把持姿勢を考慮したピッキング作業のための汎用ロボットハンドの設計
○津田達也(神戸大), 永野光(神戸大), 田崎勇一(神戸大), 横小路泰義(神戸大)

[3] 1G2-03 折りたたみ可能な平面機構を有するロボットハンドの提案
○池田英俊(富山高専) , 山口雄大(富山高専) , 上田遼(富山高専) , 佐伯拓未(富山高専) , 坂本真滉(富山高専) , 水上裕太(富山高専) , 金子慎一郎(富山高専), 佐藤圭祐(富山高専)

[4] 1G2-04 ワンボード・USB 給電タイプの 高速・高精度近接覚センサの開発とプリグラスプ制御の解析
○小山 佳祐(阪大), 堀邊 隆介((株)豊田合成), 安田 博((有)安田電子設計事務所), 万 偉偉(阪大), 原田 研介(阪大), 石川 正俊(東大)

[5] 1G2-05 A High-precision Friction Identification Method for a Low-inertia, Low-friction Actuator
○Qi Zhang(Osaka University), Keisuke Koyama(Osaka University), Weiwei Wan(Osaka University), Kensuke Harada(Osaka University)