スキーができるロボット挑戦中!くぐれるかゲート。【AI論文】

✔️「スキーロボットチャレンジ」はまだまだ課題がある。

✔️センサーを備えた(ゲート通過用の)回転アルゴリズムが、二足歩行ロボットに追加された。

✔️ゲートを通過するときにロボットが「落下」するのを回避できた。

韓国にある亜洲大学のSi-Hyun Kimら研究者は、あらゆるスポーツの中でも「スキー」ができるロボットの開発に目をつけた。そして、精密なシミュレーションを作ることにした。

研究の詳細を見てみよう。

回転アルゴリズム

研究者らは、2足式アルペンスキーロボットのゼロモーメントポイント(ZMP)の概念と、

  • 光検出
  • 測距(LiDAR)センサー

を備えた回転アルゴリズムを使用する、一般的な安定性制御方法を開発した。

(a)DARwIn-OPロボットとスキー。 DARwIn-OPの運動学的下半身構成。
(a)回転半径 (b)スキーの形状を特徴付けるパラメーター。 (c)エッジング角度θと侵入深さe。
(a)𝜑は𝑦と垂直線の中央との間のリーン角、𝜃は縁取り角、𝑧は雪面に垂直な一定のCoM高さ。 (b)𝜑とofの近似。
スキーヤーに作用する横方向の力の図。

スキーシミュレータは難しい!

雪には、

  • 圧縮
  • 融解

などの複雑な特性があるため、スキーロボット用の精巧なシミュレータはない。ただし、実際の実験をやろうにも、条件過多により面倒である。

𝜃refはスキーロボットの方向であり、𝜃targetはスキーロボットからゲートの中央までの角度。
(a)力検出抵抗(FSR)センサーを備えたロボットの足。 (b)ゼロモーメント点の安定領域(ZMP)。
スキーロボットの全体的なナビゲーションと安定性制御方法。

転倒、回避!

今回研究者らが開発したスキーシミュレーターを使用すれば、ヒューマノイドロボットが雪の中でどのような動きをとるのかわかるという。

スキー場とゲートの構成(a)短い間隔。 (b)長い間隔。
スキーロボットの回転半径(a)𝑟= 6 [m]。 (b)𝑟= 3 [m]。
ZMPコントロールの結果(a)短い間隔。 (b)長い間隔。

その後、ロボットはLiDARセンサーを備えれば、ゲートを通過できるとわかった。

スキーロボットの軌道(a)短い間隔。 (b)長い間隔。
スキーロボットの線速度(a)短い間隔。 (b)長い間隔。

ZMP制御を使用することにより、ロボットは、目的のパスを追跡しながら転倒を回避できるという。

長間隔ゲートでのZMP制御の結果(a)𝜇 = 0.09、𝛼 = 8°。 (b)𝜇 = 0.12、𝛼 = 10°。
長距離ゲートでのスキーロボットの軌道(a)𝜇 = 0.09、、= 8°; (b)𝜇 = 0.12、𝛼 = 10°。
スキーロボットの線速度(a)µslope = 0.09、𝛼 = 8°。 (b)µslope = 0.12、𝛼 = 10°。

今回の安定化手法と自律回転アルゴリズムの性能は、ダイナミクスシミュレーションソフトウェアであるWebotsによって検証され、シミュレーション結果は小さなヒューマノイドロボットプラットフォームDARwIn-OPを使用して実証された。

長間隔ゲートの摩擦係数と傾斜角に応じたアルゴリズムの性能(a)安定性制御; (b)安定性制御なし。

オリンピックにロボットが出る日も近いのだろうか。

参照論文

Si-Hyun Kim, Bumjoo Lee and Young-Dae Hong, “Stability Control and Turning Algorithm of an Alpine Skiing Robot”. Sensors, 19(17), 3664(2019).

DOI: 10.3390/s19173664

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