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

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

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

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

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)

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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。

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)

ご清聴頂き、ありがとうございました