2021 Fiscal Year Annual Research Report
全身に生物規範機構を搭載した四脚ロボットによる高効率ダイナミック運動の実現
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20K22389
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
佐藤 隆紀 名古屋大学, 工学研究科, 特任助教 (10883572)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | 四脚ロボット / 生物規範機構 / 筋腱複合体 / 運動制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物の俊敏な運動では，骨格筋の能動的な収縮力だけでなく，その周囲に備わる筋膜や腱の受動的な弾性が活用され，一連の動作の中でエネルギーの蓄積と再利用が瞬発性や高効率化をもたらすことが知られている．本研究では，哺乳動物の全身に備わるその特徴的な要素に着目し，四脚ロボットの前肢・後肢・体幹の全身にわたって生物規範機構を導入することによる運動性能向上に取り組んだ．前肢は，走行中や跳躍後の着地で最初に地面に接地するため，重心運動に損失を与えずに着地衝撃を受け止める必要がある．そこで，哺乳動物の走行中の前肢付け根およびつま先の挙動を参考にした衝撃緩和機構を，四脚ロボットの前脚に導入した．後肢は体を推進するために大きな力を発揮する必要がある．高速な走行運動や高所への跳躍運動などで活発に働く上腿と下腿の二関節間筋腱複合体は，運動の中で協調的に関節運動に作用する．これに着想を得て，関節駆動モータに直列・並列に接続した弾性要素を用いた生物規範脚機構を開発した．前肢と後肢を接続する体幹は，運動中にしなやかに屈伸し，広い歩幅の確保につながっている．そこで，脊椎関節モータに並列に作用する非線形弾性機構を用いた体幹機構を導入した．これらを統合し，全身に生物規範機構を搭載した四脚ロボットを完成させた．これらの機構を活用するために，弾性特性を考慮した動力学モデルを用いた運動軌道生成手法を確立した．動力学シミュレーションおよび試作機を用いた実験を通して，機構の効果を活用した動物らしい運動を実現した．
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