非定常歩行特性を考慮した2足歩行機械の動的総合

• Project/Area Number: 06650163
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 設計工学・機械要素・トライボロジー
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 舟橋 宏明 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016529)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 1994: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 2足歩行機械 / 機構総合 / 姿勢制御 / 動的安定性 / 倒立振子 / 外乱 / 非定常歩行 / 脚機構

Research Abstract

腰部に対する足部の相対運動を創成するための脚機構および歩行機械の動的安定性を保持するための姿勢制御機構からなる2足歩行機械について、外乱に対する姿勢制御系の構成を行った。
まず,歩行機械が左右方向軸回りの外乱モーメントに抗して安定な歩行を脚機構の運動を変化させることなく持続して行うために歩行機械腰部上に搭載される外乱補償機構として釣合質量が腰部に対して上方にある倒立振子形をとりあげ,歩行機械および補償機構を足部を有する二重倒立振子にモデル化した。そして,歩行機械に加わる外乱モーメントの大きさに応じて補償機構の運動を適切に決定して制御することによって動的に安定な歩行状態を得るために,振子に加わる外乱モーメントの大きさを下部振子の定められた姿勢角における角速度で表し、この角速度に対する外乱補償機構の目標運動をあらかじめ求めてデータベース化してフィードフォワード情報とする姿勢制御法を開発した。また,二重振子が倒立可能な外乱モーメントの大きさの観点から倒立振子形外乱補償機構の質量,振子長さなどのパラメータの最適値を決定することを可能とした。さらに,振子の姿勢角測定装置に要求される精度について検討を加えるとともに,足部と歩行面の間の摩擦力が外乱補償特性に及ぼす影響についても検討を加えた。以上の結果に基づき,実際の2足歩行機械を想定したパラメータを有する二重倒立振子を試作して,外乱補償機構のパラメータ種々に変えて外乱に対する姿勢制御特性の実験解析を行ったところ,本研究で得られた姿勢制御系の有効性ならびにその適用範囲が確認できた。