関節可動限界受動機構の導入による四脚ロボットの運動性能の高度化
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22K04009
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
明 愛国 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50239456)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 脚ロボット / 生物模倣 / 筋骨格構造 / 運動制御 |
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| Outline of Research at the Start |
ネコ科の動物は，全身に備わる多数の筋の駆動と，腱の弾性的な特性を活用して，体幹と四肢を協調的に動作させることで驚異的な身体能力を実現している．本研究課題では，特に高速走行や高い跳躍などの運動への貢献が大きいとされる関節可動域限界付近で作用する受動機構（関節可動限界受動機構と呼ぶ）に注目して，関節可動限界受動機構を搭載し，運動制御でこの機構を活用できる，生物規範型の高運動性能な小型四脚ロボットを開発する．その結果，効率のよい高速走行や高い跳躍などの運動の実現を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究全体は、ネコ科動物の全身の重要な筋骨格構造と運動制御方法を参考にして、ネコのように高効率でダイナミックな運動を実現可能な高運動性能小型四脚ロボットの開発を目的とする。特に、ネコの筋骨格構造から着想した受動要素を持つ関節可動限界機構を各関節に搭載し、能動的な筋活動の協調に基づく運動制御を同時に導入して、それらの特性を積極的に活用して相乗効果を実現することで、生物模倣型高性能ロボットの新しい開発方法を確立する。その結果、四脚ロボットの運動性能の高度化の実現を目指す．
本年度において、生物規範の関節可動限界受動機構の設計・試作と特性実験を中心に進めてきた。ネコの運動技能に本質的に貢献する関節可動限界受動機構の構造と特性を参考に，目標の弾性特性を実現できる股関節と膝関節の関節可動限界受動機構を設計し、その試作を行った。試作した受動機構の弾性特性を実験により調べ、動力学シミュレーションと実機制御の基礎データとした。関節可動限界受動機構を用いた２関節構造を含むロボットの動力学モデルを用いた動特性解析と運動生成を行い，高い跳躍などの運動に受動機構の特性の貢献度を評価し、その有効性を確認できた。また、跳躍動作の基礎実験により、跳躍の高さの向上に関節可動限界機構の効果を確認することができた。
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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
当初の計画の通り、生物規範の関節可動限界受動機構の設計・試作と特性実験を行い、その有効性を確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、特性の安定化を中心に規範の関節可動限界受動機構を改善し、小型の脚ロボットに搭載する。最終的にフィードバック用センサ類も整え、計測・制御システムを実装し、研究プラットフォームとなる生物規範型小型の脚ロボットを完成させる。また，ネコの運動制御方法を参考にした全身協調運動計画を行い，実機実験による検証と改善を行う．生体工学の知見から得る運動制御を融合し，生物のように関節の能動駆動と関節可動限界受動機構を協調させ，関節間の運動の干渉を効果的に利用した高速走行・高い跳躍及びソフトランディングのための全身運動生成を行う．
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
