人型ロボットによるヒトのバランス制御と空中感覚理解
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20H04267
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
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| Research Institution | Waseda University (2022-2023)
Meiji University (2020-2021) |
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Principal Investigator |
橋本 健二 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 教授 (10449340)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 人型ロボット / ヒューマノイド / 脚型ロボット / 跳躍運動 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，人体運動を模擬可能な人型ロボットの開発を通して，ヒトのバランス制御と空中感覚を理解することを目的とする．ヒトのバランス制御や空中感覚について明らかにすることができれば，一部の感覚器官の情報を欠落させたり遅延させたりすることで，感覚器疾患の再現が可能になり，感覚器疾患の予防や治療，機能回復に役立てることができる．さらに体操競技のトレーニングでは選手の空中感覚の実体について十分に検討されていないため，競技力向上に向けたトレーニング方法の提案にもつながる．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ヒトの運動制御系をモデル化し，人体運動を模擬可能な人型ロボットの開発を通して，ヒトのバランス制御と空中感覚を理解することを目的とする．令和4年度は，以下の3点について研究を推進した．
(1) 2足ロボットの設計・製作：令和3年度までに単脚ロボットを開発しており，その脚機構（4自由度を持つ球面パラレルリンク機構）をベースに2足ロボットを設計・製作した．1脚の自由度は並進3自由度とYaw方向の自由度の計4自由度とし，3次元歩行と旋回動作が可能なようにした．足部については，受動足関節を有する線接地の機構を採用した．受動関節とすることでアクチュエータ搭載による重量増加を避け，脚先を軽量にできる．評価実験の結果，歩行周期0.2[s/step]での高速な足踏み動作を実現し，旋回動作については足部を線接地とすることで点接地よりも約6倍の最大摩擦トルクが得られることを確認した．
(2) 上肢を利用した2足ロボットの転倒回避制御：令和3年度に続き，可捕性解析（Capturability，2012 Koolenら）を利用した転倒回避制御を考案した．上肢の着地位置決定に可捕性解析，転倒回避姿勢の決定に操作力楕円を利用するものである．動力学シミュレーションを通して，3次元空間を移動する2足ロボットに外乱が印加された場合に，転倒回避運動が生成されることを確認した．
(3) ヒト運動解析にもとづく跳躍運動生成：ヒトの跳躍運動を参考に，脚ロボットの跳躍運動生成手法を考案した．具体的には，脚ロボットの目標重心軌道を設定し，圧力中心点が支持領域内に含まれるような不等式制約と浮遊期にロボットが回転しないという条件の等式制約のもと，線形モデル予測制御を利用してロボットの跳躍運動を生成する手法である．シミュレーションと実機の両方において跳躍運動が実現されることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，ヒトの運動制御系を参考にした人型ロボットの運動制御系や2足ロボット実機の開発ができており，順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き，令和5年度もヒトの運動制御系を参考にした運動制御系の開発を継続する．また，脚型ロボット実機にてダイナミックな運動を実現することを目指し，脚型ロボットの改良・開発に取り組む．
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
