永田 和之　博士（工学）

その他

ロボコンマガジン No. 61, 2008年12月号 日本ロボット学会レポートに私の研究が紹介されました．

研究テーマ

・ 陳列された物品のピッキング作業に関する研究　（科研費・基盤B）

物流倉庫や店舗，家庭内に収納された物品のピッキング作業に関する研究を行っています． 物流倉庫や店舗，家庭内に収納された物品は，収納効率を上げるために特定の陳列パターンで 置かれています． 物品の取り方は，物品の種類とともに陳列パターンに応じて選択されます． 本研究では，物品陳列パターンに注目した物品把持の研究を実施しています． 具体的には，物品陳列状態の認識の研究と， 陳列された物品の把持戦略の研究を実施しています．

・ 研究成果

1. Kazuyuki Nagata, Takao Nishi, "Modeling object arrangement patterns and picking arranged objects,"
   Advanced Robotics, vol. 35, issues 16. DOI: 10.1080/01691864.2021.1948446, (07 Jul 2021).

　

陳列状態認識

陳列パターン認識

個別アイテム検出

異商品混入検出

陳列物品把持

水平に整列された物品の把持

垂直に重ねられた物品の把持

過去の研究テーマ

・ 爪着脱交換型ロボットハンドの研究 （特許第6708340号）

多様な物品や用途に応じて爪を3Dプリンタで造形し，それを着脱交換して用いることで 多品種少量生産に迅速に対応できる爪着脱交換型ロボットハンドの研究を実施しています．

概念図
試作した爪着脱交換ハンド	爪ホルダー

　

・ ハプティック・レコーダーの開発と力覚の拡張現実提示 (2006〜2016)

ハプティックレコーダは，小型アームと実物の道具を用いたツール型力覚センサから構成される． これにより，人が道具を操作したときの操作データの記録と再生が可能になる． ハプティックレコーダという名は，ハプティックデータ（操作力と運動データ）の記録と提示機能があることから名付けた． ハプティックレコーダにより 1) 手技の可視化, 2) 実測に基づく仮想モデル構築, 3) 力覚の拡張現実提示 が可能となる．

【ビデオ】 手書き操作 （1:可視化） ファイル形式 ファイルサイズ WMV 13.5MB ボタン押下データ記録・再生 （2:実測に基づく 仮想モデル構築） ファイル形式 ファイルサイズ WMV 9.2MB

均質材料で成形した臓器ファントムに，病巣や脈管・脈動を重畳し仮想提示 （3:力覚の拡張現実提示：広島大学との共同研究）

力覚の拡張現実をロボットの遠隔操作に取り入れ，ユーザに分かり易く作業イベントを提示する研究を行っています．

・ 研究成果

1. Yuichi Kurita, Atsutoshi Ikeda, Kazuyuki Nagata, and Tsukasa Ogasawara, "Haptic Augmentation Utilizing the Reaction Force of a Base Object," Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 25, No. 1, pp. 72-79, Feb, 2013.
2. 大西健吾, 永田和之, "外科メスによる切離タスクの簡易ハプティックレコーダを用いた力学的相互作用計測", バイオメカニズム21 --バイオメカニズム研究の再考--, pp. 121-131, 2012.
3. 永田和之, 多田充徳, 岩崎英丈, 「反力提示法、および力覚提示システム」 特許第5177560号
   （力覚の拡張現実提示の基本特許）

　

・ 日用品のセマンティック把持 (2011〜2014)

日用品の用途に応じて適切に日用品を扱うことのできる把持手法を提案した． 本手法は，日用品を構成するパーツと用途毎に記述した扱い方の情報を知識モデルに記述しておき， kinectなどのレンジセンサで取得された3D点群に日用品の知識モデルをマッピングすることで， 用途に応じた適切な把持を実現するものである． 具体的には，知識モデルの中の日用品構成パーツに関する情報にはパーツの幾何情報とパーツ間の接続の自由度属性を記述しており， 扱い方の情報には用途毎に把持領域とアプローチ方向を記述している． 対象物の3D点群が与えられたとき，知識モデルに記述されたパーツの幾何情報を手掛かりに 把持領域とアプローチ方向を3D点群にマッピングし， 把持計画により適切な把持点を選定するものである．

知識モデルの3D点群へのマッピング例

作業（蓋開け）と構造（ねじ対偶）に適した把持点の選定

・ 研究成果

1. 永田和之, 新良貴陽平, 原田研介,山野辺夏樹, 中村晃, 佐藤大祐, 金宮好和, "知識モデルを用いた日用品のセマンティック把持", 日本機械学会論文集, Vol. 81, No. 829, 2015. [PDF]
2. Yohei Shiraki, Kazuyuki Nagata, Natsuki Yamanobe, Akira Nakamura, Kensuke Harada, Daisuke Sato and Dragomir N. Nenchev, "Modeling of Everyday Objects for Semantic Grasp," Proc. of 23rd IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication, pp. 750-755, 2014 (Ro-Man'14)

　

・ 人が指定した物を取ってくれる生活支援ロボット (2004〜2010)

サービスロボットにおいて，人の手が届かない所にある物を取ってくるロボットは最もニーズが高い． 本研究は，日常生活環境のような複雑な環境下にある物体を，人の指示に従ってロボットで取り上げるシステムを開発した． 本システムによる物体把持は，次の四つのステップにより実行される．

　1) ユーザはクリック操作とメニュー選択により，対象物と，その取り方を指定し，ロボットに作業指示を行う． この過程で，距離画像中の対象物領域と物体把持のタスクモデルがシステムに渡される．
　2) 作業指示で得られた情報を用い，ステレオビジョンにより物体認識と対象物周辺の環境モデルを構築する．
　3) 獲得した対象物情報と環境モデルを用いて把持計画を行い，最適な把持点を選定する．
　4) ロボットによる把持動作実行．

作業指示で得られた情報を用いて作業に必要な情報を獲得することで， 個々の物体に関する事前情報を用いることなく即応的に物体把持を行うことができる． また，ユーザからロボットへの指示は簡単なクリック操作とメニュー選択によるので直観的である．

作業指示手順

作業指示で得られたプリミティブモデルのPoint cloud へのフィッティングによる物体認識

・ 研究成果

1. 永田和之, 宮坂崇, 金宮好和, 山野辺夏樹, 丸山健一, 川端聡, 河井良浩, "複雑な環境下における指示物体の把持", 日本機械学会論文集C編 Vol. 79, No. 797, pp.27-42, 2013. [PDF]
2. 永田和之, 脇田優仁, 小野栄一, "空間への作業情報貼付によるロボットへの作業教示", 日本機械学会論文集C編, Vol. 074, No. 738, pp. 346-352, 2008. [PDF]
3. 永田和之, 脇田優仁,「ロボット作業教示システムおよびロボットに対する作業教示方法」 特許第5142243号

　

・ 生活支援ロボットのRTコンポーネント開発 (2006〜2009)

ユーザの身体能力に合わせて開発された多様なマンマシンインタフェースと生活支援ロボットアームをシームレスに接続するために， アームとマンマシンインタフェースのプログラムを共通のソフトウェアインタフェースを持つRT コンポーネントとして実装し， ソフトウェアモジュールの互換性を確保した．

また，ユーザが生活支援ロボットアームを導入する前に， ロボットアームの使用の適合性を判断するための生活支援ロボット操作シミュレータおよびトレーニングシステムを開発した．

Connection between the arm component and the HMI component

生活支援ロボット操作シミュレータ

・ 研究成果

1. Yujin Wakita, Natsuki Yamanobe, Kazuyuki Nagata and Eiichi Ono, "Single Switch User Interface for Robot Arm to Help Disabled People Using RT-Middleware," Journal of Robotics, Vol. 2011, Article ID 528425, 2011.
2. 永田和之, 脇田優仁, 山野辺夏樹, 安藤慶昭, "OpenRTM-aist による生活支援ロボットのためのロボットアームおよびマンマシンインタフェースのRTコンポーネント開発", 日本機械学会論文集C編, Vol. 076, No. 766, pp. 1419-1426, 2010. [PDF]
3. 山野辺夏樹, 永田和之, 脇田優仁, 木之瀬隆,「生活支援ロボットアームの操作トレーニング装置」 特許第5435567号

　

・ 指の協調関係と機能に注目した多指ハンドによる把握操作の研究 (2002〜2009)

多指ハンドによる把持・操作は，一つまたは複数の機能単位の指協調操作により構成できる． 我々は，この機能単位の指協調操作をプリミティブ操作と呼んでいる． また，把持・操作において，指が互いに異なったプリミティブ操作に用いられることを， 指が「機能的に分離している」と呼んでいる． 指の機能的分離形式に様々なプリミティブ操作を当て嵌めることで，多指ハンドで多様な把持・操作が実現できる．

【ビデオ】

二本指把持とローリング操作の協調によるピボット操作


	＋		＝
二本指摘み操作 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 4.9MB		rolling 操作		ﾋﾟヴォット操作 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 3.3MB

二本の指に，それぞれ異なった機能を割り当てることで実現されるタオル・ピッキング


タオル・ピッキング ファイル形式 ファイルサイズ mpg 64.1MB

　

・ 指先力覚センサの開発と多指ハンドによる把握操作の研究 (1994〜2000)

ビーエルオートテック（株）と共同で世界最小の6軸力覚センサ(NANOセンサ)を開発・実用化した。 これにより、多指ハンドの指先に6軸力覚センサを装着することが可能になり、 把握理論をベースにした実機での実験が可能になった。

【ビデオ】


安定把持 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 5.5MB

並進・回転操作 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 7.5MB

物体馴染把持 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 7.7MB

・ 研究成果

　

・ ビジュアル・ベースド・コンプライアント触覚センサの研究 (1992〜1998)

　ロボットハンドの皮膚が柔らかいと、対象物との接触において十分な食い込み変形が生じる。 指の変形は、接触物体の形状・位置姿勢・接触力など、指と物体との接触形態に応じて様々な パターンを示す。 指の変形を計測することにより、物体の特徴や接触状態を検出することができる。
　近年、内視鏡や携帯電話のカメラ用に小型カメラが開発されている。 そこで、指の中に小型カメラを挿入し、柔らかい皮膚の内側にドットパターンを描いたり突起パターンを設け、 そのパターンの変化から接触物体の特徴や接触状態を検出する基礎研究を行った。

接触スキン

指タイプ触覚センサ




・ ビジュアル・ベースド・コンプライアント触覚センサによる接触物体特徴抽出

・ 研究成果

　

・ デクステラス・グリッパの開発 (1989〜1993)

　ロボットハンドによる器用な把握操作は，ハンドのメカを最適化することで簡単に 実現できる場合がある． 平行グリッパの各指先に1自由度付加することで，どれだけ物体操作が行えるか という点を探るために，平行グリッパの指先に回転自由度を付加したハンドを開発した．
　本ハンドは簡単な機構で 1) ピボット操作，2) 物体の滑らし，3) ナットの回転， 4) 長棒の挿入・引き出しなどの操作を実現した．多指ハンドとは異なったカティゴリーの ハンドによる物体操作を示した例である．

【ビデオ】


すべて ファイル形式 ファイルサイズ WMV 39.5MB
ピボット操作 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 9.2MB		物体の滑らし ファイル形式 ファイルサイズ WMV 15.2MB		ナットの回転 ファイル形式 ファイルサイズ WMV 6.5MB		長棒の挿入・引き出し ファイル形式 ファイルサイズ WMV 8.6MB

・ 研究成果

共同研究・実習生の受け入れを募集しています

過去の実習生受け入れ

博士：	奈良先端科学技術大学院大学 （1名)（現 広島大学大学院教授）
	東京農工大学大学院　(1名)	
修士：	東京工業大学大学院　(2名)
	東京電機大学大学院　(1名)
	東京都市大学大学院　(3名)
	筑波大学大学院 （2名）
学士：	東京電機大学 （5名）

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