非線形動力学と生物学的リズム発生の知識を融合したロボットの動的歩行・走行制御方法

• Project/Area Number: 17656082
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 吉田 和夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (80101997)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 正樹 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (10398638)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2005: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: ロボット / 二足歩行 / 受動歩行 / 制御 / 非線形板動子 / Central Pattern Generator / 遺伝的アルゴリズム

Research Abstract

1.上体を利用した平地歩行における円弧足を用いた歩行性能の向上
上体の利用と遊脚制御の導入による受動歩行規範の平地歩行手法においては、高速な歩行速度を達成するためには上体の保持角度を大きくする必要があった。ロボットの足を円弧形状とすることで上体を大きく傾けることなく高速な歩行が達成されることを示し、移動に必要なエネルギーが減少することを示した。以上により、歩行性能の向上を達成した。
2.歩行・走行の実現に向けての実機製作
ロボットのダイナミクスを活かすためには従来のロボットで用いられているギア比の大きな減速器を用いることは望ましくない。そこで、歩行に必要なトルクと適切なロボットの物理パラメータをシミュレーションにより求め、タイミングベルトとプーリを用いた低減速で駆動する実機ロボットの製作を行った。一方、走行実現に向けては、アクチュエータ部分にバネ要素を加えることでロボットのダイナミクスを活かしつつ走行に必要なトルクを得ることが可能な機構の検討を行った。
3.エネルギー効率を考慮した非線形振動子による歩行制御方法
歩行ロボットの制御方法としてCentral Pattern Generatorを利用したものがあるが、振動子のパラメータを決定するための確定的な手法はない。そこで、受動歩行における遊脚の自由運動を引き込み軌道に設計することで、傾斜面において受動歩行と同様にほとんど制御入力を必要とせずに定常歩行を達成し、外乱が加わった場合には制御を行うことで転倒することなく再び安定な歩行に引き込まれることを示した。
4.3次元受動歩行ロボット
3次元受動歩行ロボットにおいて、ヨー方向の運動は地面との摩擦を利用して制限し、ロール方向の運動は地面との衝突および足首にばね・ダンパ要素を加えることにより周期的な安定性を実現した。これにより、3次元受動歩行において安定した歩行が可能となることを示した。