2020 Fiscal Year Annual Research Report
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 Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
橋本 健二 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (10449340)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ヒューマノイド / 人型ロボット / 脚型ロボット / 跳躍運動 |
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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，外見だけでなく制御の点からも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2年度は，以下の2点について研究を推進した．
(1) 2リンク鉄棒ロボットによる大車輪運動
等身大の約1/3スケールで，第1リンクと第2リンクの接続部（腰部に相当）に能動回転関節を持ち，人間の手にあたる鉄棒との接続部は受動回転関節の鉄棒ロボットをすでに開発している．鉄棒運動の中でも基本技の1つである大車輪運動に注目し，関節角度と関節トルク，関節出力に制限を設定したモデル予測制御をロボットの運動制御に適用した．また，ヒトの運動解析に関する先行研究を参考に，力学的エネルギーと各関節角度についてモデル予測制御の評価関数を設定した．その結果，2リンク鉄棒ロボットは大車輪運動を実現した．ただし，3リンクのモデルに同様の手法を適用したところ，スイング運動しか実現できず，多自由度になると単純なエネルギーと姿勢のみで評価することは難しいことが示唆された．
(2) ダイナミックな運動が可能な脚型ロボットに向けた単脚ロボットの設計・製作
跳躍・走行が可能な多脚ロボットの実現に向けて，脚型ロボットの最小構成である単脚ロボットを設計・製作した．これは股関節と膝関節に1自由度ずつ持つロボットである．脚部の慣性モーメントの低減化のため，膝関節用のモータは股関節部に配置されており，タイミングベルトとプーリを用いて膝関節に動力が伝達される．また，下腿部には軽量化のためにCFRPパイプを採用した．連続跳躍運動を実現するための運動制御系を構築し，鉛直方向のみに可動できるように拘束した状態ではあるが，実機にて連続跳躍を実現した．
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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，鉄棒ロボットによる大車輪運動を実現し，最終年度の多脚ロボットの実現に向け，跳躍運動が可能な単脚ロボットを設計・製作できており，順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度は，ロボットの運動制御系モデルを構築するが，ヒトの運動解析結果にもとづき運動制御系を構築するモデルベースの研究と，ロボットの全身のセンサ情報を入力とし，機械学習を利用して運動を獲得する研究に取り組む．また，最終年度に多脚ロボットにてダイナミックな運動を実現することを目指し，引き続き脚型ロボット実機の改良・開発に取り組む．
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