熟練者による技巧的動作を基にした人型ロボットの高速・高効率な運動生成

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K04542
• Research Institution: Sasebo National College of Technology
• Principal Investigator: 中浦 茂樹 佐世保工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (20323793)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 出力零化制御 / ゼロダイナミクス / 熟練者の技巧的動作 / ローリングバランス運動 / フラフープ運動 / トランポリン運動 / スラックライン運動 / 実動作の運動解析

Outline of Annual Research Achievements

建設や土木，介護分野など体への負担が大きい職種への人型ロボットの導入が望まれるが，従来の軌道計画による運動制御では，熟練者と同等の運動を実現することは難しい．そこで本研究課題では，熟練者の技巧的動作に注目し，実動作の観察・計測をもとに生体力学の観点から運動の特徴を抽出することを試みる．そして，出力零化制御を用いて得られた特徴量のみを陽に制御することで，結果として現れるゼロダイナミクスにより自然で滑らかな運動を生成することを目的としている．具体的な技巧的動作としては，実社会への応用が期待できるものとして，複雑な拘束を有するフラフープ運動や，外環境との相互作用を有するトランポリン運動を取り上げる．令和５年度においては，令和４年度に引き続きこれら２つの運動の特徴を見極めるために，実際の運動の計測ならびに解析を行ってきた．また，技巧的動作の機械システムによる実現として，大道芸人が行うローリングバランス運動の実験も試みた．さらに，新たな技巧的動作として，スラックライン運動の検討を開始した．
フラフープ運動の計測においては，実験室内の計測空間内で人間がフラフープ運動する様子を４台の高速度カメラを用いて計測した．フープの回転運動を表現する一般化座標として５つの情報を選定し，得られた３次元計測データからこれらの座標値を数値計算により求め，フラフープ運動を持続させるために必要な運動要素を見つけることを試みた．また，フープの回転運動を引き起こす機構として，３つの回転モーター２つのリンクからなる３自由度のリンク機構を検討した．トランポリン運動の計測においては，実験室内に計測空間を構築し，直径２．４ｍのトランポリンを用いた運動の様子を４台の高速度カメラを用いて計測した．重りをトランポリン上に落下させることでトランポリン自体の運動の計測に注力すると共に，トランポリンのモデル化及び妥当性の検証を行った．