[論文レビュー] Enhancing the Vertical Mobility of a Robot Hexapod Using Microspines

Matt Martone, Catherine Pavlov+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2019

Robotic Locomotion and Control参考文献 28被引用数 10

ひとこと要約

本論文では、柔軟性を持つRHexスタイルの脚にマイクロスパイクの足を統合した六足歩行ロボットT-RHexを提案する。この設計により、最大55°の勾配を登ることができるとともに、45°のオーバーハングに対しても静的で安定した接着が可能となり、平坦な地形でも効率的な移動性を維持する。本設計は、既存の脚の柔軟性と増加造造（アディティブマニュファクチャリング）を活用することで、マイクロスパイクの製造を簡素化し、平坦な地形でも走破性を損なわず、二重用途の移動を実現する。

ABSTRACT

Modern climbing robots have risen to great heights, but mechanisms meant to scale cliffs often locomote slowly and over-cautiously on level ground. Here we introduce T-RHex, an iteration on the classic cockroach-inspired hexapod that has been augmented with microspine feet for climbing. T-RHex is a mechanically intelligent platform capable of efficient locomotion on ground with added climbing abilities. The legs integrate the compliance required for the microspines with the compliance required for locomotion in order to simplify the design and reduce mass. The microspine fabrication is simplified by embedding the spines during an additive manufacturing process. We present results that show that the addition of microspines to the T-RHex platform greatly increases the maximum slope that the robot is able to statically hang on (up to a 45 degree overhang) and ascend (up to 55 degrees) without sacrificing ground mobility.

研究の動機と目的

• 地面での移動能力を損なわず、六足歩行ロボットの垂直移動能力を向上させること。
• 既存のマイクロスパイクロボットで見られる、登攀性能と移動性のトレードオフを解消すること。
• アディティブマニュファクチャリングを活用して、簡素化された製造を実現する機械的に知的な柔軟性を持つ脚設計にマイクロスパイクを統合すること。
• 歩行の適応とセンシングの向上、特に床から壁への移行段階において、自律的な壁登攀を可能にすること。
• コンcrete、レンガ、木の皮など多様な実環境表面でのプラットフォームの性能を検証すること。

提案手法

• T-RHexプラットフォームは、6本の1自由度の柔軟性を持つ脚を備えた、改造されたRHex六足歩行ロボットで、Dynamixel MX-64モーターで駆動される。
• マイクロスパイクの足は、アクリルを3Dプリンティングする過程で直接埋め込むことで製造され、複雑な後処理を不要にする。
• 脚の柔軟性を活用して、走破性の安定性とマイクロスパイクの接触を両立させ、追加のばね部品の必要性を低減する。
• マイクロスパイクを後方を向くように配置することで、前進歩行との干渉を回避し、逆走歩行領域を登攀に活用できる。
• 壁登攀中に前面の脚を表面に押し付けることで接着力を向上させる、軽量で駆動式の登攀テールを追加する。
• テストには単一のオープンループ歩行を用い、今後の研究ではトルクセンシングおよび視覚／慣性フィードバックを用いた適応制御による自律的移行を目標とする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 柔軟性がありRHexを模した六足歩行ロボットに、マイクロスパイクを有効に統合できるか。その結果、地面での移動能力が低下しないか。
• RQ2 既存の脚の柔軟性とマイクロスパイク設計の組み合わせが、実環境表面での登攀性能にどのように影響を与えるか。
• RQ3 同一の脚設計が、平坦な地面での動的歩行と垂直・逆転表面での静的接着の両方をどの程度効果的にサポートできるか。
• RQ4 自然素材および建設素材の表面において、マイクロスパイクによる接着で達成可能な最大の勾配角とオーバーハング角はどれくらいか。
• RQ5 オンボードセンシングと適応歩行制御を用いて、自律的に歩行から登攀に移行できるか。

主な発見

• T-RHexは、テクスチャのあるコンクリートや木の皮など、凸部が適切に発達した表面で、最大静的接着角度135°（45°オーバーハング相当）を達成した。
• 55°までの勾配を登攀することができ、粗い自然素材においても効果的なマイクロスパイクの接触を示した。
• 平坦なアスファルト上では平均速度0.24 m/sを記録し、標準のEdubot脚の0.27 m/sよりわずかに遅かったが、歩行の直線性が向上した。
• 構造のない岩盤地形では平均速度0.16 m/sを維持し、安定性と制御性においてEdubot脚の0.20 m/sを上回った。
• シーケンスブロック、布のボード、パッド入りの壁、シカモアの木の皮など、多様な表面で信頼性の高い静的接着を示した。
• マイクロスパイクの統合が前進歩行の歩行に支障をきたさず、移動モードを問わず二重用途の機能性を確認した。