[論文レビュー] The NAO humanoid: a combination of performance and affordability

David Gouaillier, Vincent Hugel+7 more|ArXiv.org|Jul 21, 2008

Robotic Locomotion and Control参考文献 27被引用数 129

ひとこと要約

本論文では、性能を損なわず安価な価格で実現された、コンパクトで軽量（4.5 kg、0.57 m）なナオ人型ロボットを提示する。モジュラー構造、特許取得済みのブラシDCモーター駆動方式、オープンソースのソフトウェアアーキテクチャにより、カスタマイズ可能な動作とハードウェアのアップグレードが可能であり、研究やコンペティションに最適である。これは、2008年のロボカップスタンダードリーグでの採用によって裏付けられている。

ABSTRACT

This article presents the design of the autonomous humanoid robot called NAO that is built by the French company Aldebaran-Robotics. With its height of 0.57 m and its weight about 4.5 kg, this innovative robot is lightweight and compact. It distinguishes itself from its existing Japanese, American, and other counterparts thanks to its pelvis kinematics design, its proprietary actuation system based on brush DC motors, its electronic, computer and distributed software architectures. This robot has been designed to be affordable without sacrificing quality and performance. It is an open and easy-to-handle platform where the user can change all the embedded system software or just add some applications to make the robot adopt specific behaviours. The robot's head and forearms are modular and can be changed to promote further evolution. The comprehensive and functional design is one of the reasons that helped select NAO to replace the AIBO quadrupeds in the 2008 RoboCup standard league.

研究の動機と目的

• 学術的および競技用ロボティクスに適した低コストで高パフォーマンスな人型ロボットの開発を目的とする。
• 既存の人型ロボットの限界を克服するため、安価さと強固な機械的・ソフトウェア的設計を統合することを目的とする。
• オープンでモジュラーなアーキテクチャを通じて、ソフトウェアおよびハードウェアのカスタマイズを可能にすることを目的とする。
• 多様なロボティクスアプリケーションに適応し、長期的に進化を遂げられるプラットフォームの構築を目的とする。

提案手法

• バランスと移動性を向上させるために、独自の仙骨運動学的構成を持つコンパクトな人型ロボットの設計。
• コスト効率と正確な制御を実現するため、ブラシDCモーターに基づく特許取得済みの駆動システムの実装。
• リアルタイム処理とモularityを支援する統合的で分散型のソフトウェアアーキテクチャの開発。
• 動作のカスタマイズを可能にするために、埋め込みシステムソフトウェアおよびアプリケーションプログラミングインターフェースへの完全なユーザーアクセスを実現。
• ハードウェアのアップグレードと機能的進化を可能にするために、頭部と前腕部をモジュラー構造として設計。
• 信頼性とメンテナンスのしやすさを確保するため、機械的および電子的統合の最適化。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、ロボティクス研究における安価さと高パフォーマンスの両立を実現できるか？
• RQ2 どのような機械的および駆動技術の革新が、軽量な人型ロボットが安定的かつダイナミックな運動を実現できるか？
• RQ3 オープンでモジュラーなソフトウェアおよびハードウェアプラットフォームは、多様なロボティクス行動と長期的適応性をどの程度サポートできるか？
• RQ4 NAOロボットのアーキテクチャは、研究および競技用途における使いやすさとスケーラビリティの観点から、既存のプラットフォームと比べてどのように差をつけるか？

主な発見

• NAOロボットは、コスト、パフォーマンス、モularityのバランスに優れており、広範な研究用途に適していることが確認された。
• 特許取得済みのブラシDCモーター駆動システムは、従来のサーボシステムと比較してコストを低減しつつも、信頼性の高い正確な運動制御を実現した。
• 頭部および前腕部のモジュラー設計により、ハードウェアのアップグレードと機能的カスタマイズが可能となり、長期的なプラットフォーム進化を支援した。
• オープンソースのソフトウェアアーキテクチャにより、ユーザーがシステムソフトウェアを変更し、カスタムアプリケーションを開発できるようになり、柔軟性と使いやすさが向上した。
• 2008年のロボカップスタンダードリーグにおいて、AIBO四足歩行ロボットの後続プラットフォームとして選定されたことで、その競技環境におけるパフォーマンスと信頼性が実証された。
• 包括的な機械的および電子的統合が、ロボットの安定性、コンパクトさ、取り扱いやすさの向上に寄与した。