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障害物を回避する バイナリマニピュレータの軌道の設計 / Design of binary manipulator trajectories avoiding obstacles

konakalab
August 28, 2023

障害物を回避する バイナリマニピュレータの軌道の設計 / Design of binary manipulator trajectories avoiding obstacles

令和五年度 電気・電子・情報関係学会 東海支部連合大会で発表したスライドです.

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August 28, 2023
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Transcript

  1. 障害物を回避する
    バイナリマニピュレータの軌道の設計
    名城大学大学院 理工学研究科 情報工学専攻
    杉林恵多* 小中英嗣
    Design of binary manipulator trajectories avoiding obstacles

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  2. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    まとめ
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5

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  3. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5 まとめ

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  4. バイナリマニピュレータ
    [1] 小中英嗣,バイナリマニピュレータ・ハイブリッドマニピュレータ,計測と制
    御,Vol56,No7,pp503-508,2017
    各アクチュエータが伸びと縮みの二値のみの状態をとりうる
    マニピュレータ

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  5. バイナリマニピュレータの問題点
    伸縮長を変化せることで手先の到達点の分布が変化
    手先の到達点は離散的な分布
    目標位置とは常に誤差が生じる
    バイナリアクチュエータの伸縮
    長を設計し、目標位置との誤差
    をできるだけ小さくする

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  6. 先行研究
    様々な作業領域に対して、領域内をくまなく均一に覆うことのできる
    バイナリマニピュレータの設計が可能
    1つの作業領域を定義したとき
    (先行研究[2])
    2つの作業領域を定義したとき
    (先行研究[3])
    [2] 杉林恵多,小中英嗣,進化計算を用いた三次元バイナリマニピュレータ
    の設計,信学技報,Vol.122,no.435,MSS2022-89,pp126-131,2023.
    [3] Keita Sugibayashi, Eiji Konaka,Design of three-dimensional
    binary manipulators based on the KS statistic and maximum empty
    circles, IECON2023, (Accept for presentation)

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  7. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5 まとめ

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  8. 課題
    マニピュレータがピックアンドプレイスを考慮して作業する場合、
    2つの作業する領域の間に障害物が存在することがある。
    先行研究[3]で、2つの作業領域内
    をくまなく均一に覆うことが可能

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  9. 課題
    マニピュレータがピックアンドプレイスを考慮して作業する場合、
    2つの作業する領域の間に障害物が存在することがある。
    先行研究[3]では、障害物が考慮
    されていない
    先行研究[3]で、2つの作業領域内
    をくまなく均一に覆うことが可能

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  10. 課題
    マニピュレータがピックアンドプレイスを考慮して作業する場合、
    2つの作業する領域の間に障害物が存在することがある。
    先行研究[3]では、障害物が考慮
    されていない
    バイナリマニピュレータが障害
    物を回避して、目標位置まで作
    業することができる
    先行研究[3]で、2つの作業領域内
    をくまなく均一に覆うことが可能

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  11. 研究目的
    設計
    障害物を回避し、初期位置から目標位置までの移動がで
    きるバイナリマニピュレータの設計
    作業領域内のみを通り、障害物を回避しつつ作業領域内
    で移動する手先の軌道およびそれを生成する各アクチュ
    エータの伸縮状態を求める。
    障害物を回避する手先の軌道を求める提案手法
    目的

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  12. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5 まとめ

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  13. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    障害物を考慮して作業領域を定義する
    (黒い点線の2つの円の間を作業領域とする)
    障害物

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  14. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    障害物を考慮して作業領域を定義する
    (黒い点線の2つの円の間を作業領域とする)
    障害物

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  15. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    手先の到達点を求める

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  16. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    作業領域内にある手先の到達点を求める

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  17. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    作業領域内にある手先の到達点から
    無向グラフを構成する
    バイナリマニピュレータの姿勢が1ビットのみ
    異なるノード同士をエッジで繋げる

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  18. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    作業領域外を通る
    手先の軌道を調べる
    (赤色の直線:作業領域外を通る手先の軌道)
    (緑色の直線:作業領域内を通る手先の軌道)

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  19. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    それぞれの手先の軌道に対して、軌道の線を細分化して、それら全
    ての点が作業領域内にあるかを調べる手先の軌道を調べる
    (赤色の直線:作業領域外を通る手先の軌道)

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  20. 障害物を回避する軌道を求める提案手法
    1つでも作業領域外に点がある辺を全て削除し、
    新しい無向グラフを構成する
    (緑色の直線:作業領域内を通る手先の軌道)

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  21. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5 まとめ

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  22. 実験条件
    𝑩 = 𝟒のバイナリマニピュレータの伸縮長を求める
    先行研究[2]、[3]の条件と同じにする
    進化計算のパラメータ
    バイナリアクチュエータの基準長を8、伸縮の範囲を(0,2)
    バイナリマニピュレータの正三角形の板の一辺の長さを6
    バイナリマニピュレータのパラメータ
    中心(0,0,30)の半径5、幅が2のトーラス構造
    (トーラス構造…ドーナツ型の構造)
    作業領域のパラメータ

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  23. 実験結果
    第1世代の最良の個体 第500世代の最良の個体
    進化計算を用いて得られた第1世代の最良の個体と第500世代
    の最良の個体の手先の到達点
    第500世代の方が作業領域内をくまなく均一に覆うことができている

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  24. 実験結果
    第500世代の最良の個体に対して、作業領域
    外にある手先の到達点を取り除く
    作業領域外の到達点を取り除く前 作業領域外の到達点を取り除いた後

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  25. 実験結果
    提案手法を利用していない場合の
    バイナリマニピュレータの手先の軌道

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  26. 実験結果
    提案手法を利用した場合の
    バイナリマニピュレータの手先の軌道

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  27. 実験結果
    提案手法を用いた場合、手先の軌道が全て作業領域内にある
    障害物を回避して目標位置まで作業することができる

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  28. 目次
    バイナリマニピュレータ
    先行研究について
    研究背景
    課題
    研究目的
    提案手法のアルゴリズム
    実験条件
    実験結果
    1
    研究目的
    2
    提案手法
    3
    数値実験
    4
    結論
    5 まとめ

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  29. まとめ
    • 本研究では、バイナリマニピュレータの手先の到達点から、
    バイナリアクチュエータのそれぞれの伸縮の状態を求める。
    • 作業領域内で障害物を回避し、初期位置から目標位置まで作
    業できるバイナリマニピュレータの手先の軌道を求めることが
    できた。

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  30. 参考文献
    1. 小中英嗣,バイナリマニピュレータ・ハイブリッドマニピュレータ, 計測と
    制御,Vol.56, No.7, pp.503-508, (2017).
    2. 杉林恵多,小中英嗣,進化計算を用いた三次元バイナリマニピュレータの設
    計,信学技報,Vol.122,no.435,MSS2022-89,pp126-131,2023.
    3. Keita Sugibayashi, Eiji Konaka, Design of three-dimensional binary
    manipulators based on the KS statistic and maximum empty circles,
    IECON2023, (Accept for presentation)

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  31. ご清聴頂き、ありがとうございました

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