2016 Fiscal Year Research-status Report
シミュレーションとロボットを用いた４足動物の移動パターン生成原理の追究と評価
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15K05887
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
福岡 泰宏 茨城大学, 工学部, 准教授 (40418679)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ４足ロボット / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
4 足動物は移動速度に応じて複数の異なる移動パターン(4 脚の動かし方)を切替えている．その切替え条件のみは多く指摘されてきたが，我々は，さらに，個々のパターンが生成する一貫した単純明解なルール(なぜその順番で4 脚を動かすのか)までを世界で初めて発見した．その証明として，簡素な４脚シミュレーションモデルにおいて，設定した１つの移動パターンからプログラムしていない実際に動物が行う他６種の主要移動パターンをすべて創発させ，さらにそれらを速度変化に応じて遷移させることに成功した．本年度では，より動物に近い機構・神経系を持つシミュレーションモデルとロボットによって同様の移動パターン生成を実現し，脚軌道，エネルギーなどを動物データと比較，評価することで提案ルールの妥当性を高めることを目指した．具体的に，動物により近いシミュレーションモデルにおいて，脚負荷情報を制御系に取り込むことで，従来モデル同様に速度変化に応じた複数移動パターンを出現させることを目指した．その結果，walkとtrotという低速，中速で出現する移動パターンが新しいシミュレーションモデルに出現することを確認した．現在は，様々な速度でより安定した移動パターンの遷移が出るように調整を行っている．その結果が出次第，学術論文執筆を行う予定である．また，このシミュレーション以外に，ロボットにおいてより動物に近いモデルを構築するべく，人工筋肉アクチュエータを用いた４足ロボットの後脚を作成し，柔軟に歩行，走行が可能であることを確認した．
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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
当初の計画としては，動物の神経系に近い脊髄神経システムや筋肉モデルを搭載した４足シミュレーションモデルを構築し，移動パターンを動物のように遷移させることであった．実際に，そのような４足シミュレーションモデルを構築し，それに歩行させること，walk,trotという低速，中速に出現する移動パターンで歩行し，速度変化させると，それらが滑らかに遷移することを確認した．ただ，各脚関節の軌跡が動物のそれと多少異なっており，動物らしさに欠ける点がある．また，walkの移動パターンについて，各脚の脚間位相差が動物に比べると少し小さく見えるので，そこが大きくなってより動物に近いパターンとなるように調整を行っている．また，動物と同じ様な関節構成を持つロボットの実験については，現状では後脚２脚のみで実験を行っているが，想像していたよりも綺麗な動物に近い軌道で歩行を行わせることが出来たので，現在はこれを４脚に拡張すべく設計を行っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
動物に近いモデルのシミュレーションについては，walk-trotの移動パターンの遷移をより動物に近く滑らかに行わせるよう遺伝的アルゴリズムでのパラメータ調節を行う．そして，walk-trotの遷移が綺麗に行えたら，次は走行であるtrot-gallopの移動パターン遷移の出現を目指す．また，４足ロボットの方に関しては，現在行っている４足ロボットの設計が終り次第，製作を実施する．また，４足ロボットを走らせているトレッドミルが小さいので，それを大きくすることも実施する．その後，４足ロボットで実験を行い，wal-trot-gallopの移動パターン遷移実験を目指す．
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| Causes of Carryover |
トレッドミル製作を実施する予定であったが，それより前にロボット実機製作を目指し，ロボット設計を行ったため，トレッドミル製作分の余剰が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
トレッドミル製作材料費として使用する予定である．
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