2012 Fiscal Year Research-status Report
可変力学拘束を持つ周期運動系としての次世代歩行制御理論の基盤構築
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24560542
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
浅野 文彦 北陸先端科学技術大学院大学, 情報科学研究科, 准教授 (70415066)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 祐志 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00456691)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 知能ロボティックス / 知能機械 / 機械力学・制御 / 生物・生体工学 |
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| Research Abstract |
動的歩容の安定性解析と高収束歩容生成問題に関して、平成24年度は主に以下の研究成果を得た。
厳密な出力追従制御により駆動され衝突姿勢拘束を達成する漸近安定な劣駆動2脚歩容においては、運動の線形化を利用することで、その立脚相と衝突相における状態誤差遷移関数（一次元写像）を解析的に導出することができる。解析の結果、安定歩容を構成する立脚相と衝突相は、誤差の減少の意味で、共に安定となることが示された。衝突姿勢拘束を持つ歩容では、衝突相の状態誤差遷移関数の値は一定であるため、歩容の収束特性の調節には立脚相における制御が不可欠となる。特に収束速度の意味で最適な有限整定歩容を生成するためには、出力追従制御を完了する目標整定時間の精密な調節が要求される。本年度は、まず離散時間出力有限整定制御がこれを達成する傾向を持つことを理論的に示した。同時に、状態誤差遷移関数の解析を通して、有限整定条件の力学的意味も明らかにした。その一方で、Rimless wheel（以下RW）など単純な1自由度の準受動歩行系を見直すことで、高収束歩容生成において支持脚の減速が不可欠であることを示すと共に、加減速効果と収束速度との関係について明快な結論を導いた。また、減速に伴い発生するトレードオフについても議論した。この理論検証実験を行うべく、駆動用モータを搭載した連結型RWを開発した。
上記の研究に並行して、自由関節を持つ冗長歩行系（膝関節を持つRWモデルと2脚モデル）についても安定性解析を行い、衝突時に膝関節トルクを印加しない場合、衝突直後に瞬間的でない両脚支持状態が発現することを数値シミュレーションを通して確認した。また、漸近安定な劣駆動2脚歩容における衝突相は不安定であり、両脚支持状態の期間が長いほど収束速度が増大することも示した。この理論検証用の実験器として、2脚受動歩行器を準備し、実験環境の整備を進めた。
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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
研究実績の概要で述べたように、低自由度な歩行系を対象として推進した安定性解析と高収束歩容生成に関する理論研究については、幾つかの基礎的かつ重要な結果が得られており、順調に進展しているものと認められる。理論検証のための実験環境もほぼ整い、平成25年度中に基礎実験が完了するものと期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
可変力学拘束を持つリミットサイクル型歩行系の基礎理論構築を目指して、今後の研究を以下のように推進する。
回転関節のみで構成される低自由度な歩行系については、立脚相の状態誤差遷移関数の近似解析解を導出可能であることが明らかにされつつある。今後は、この解析解を用いた高収束歩容生成手法の整備と近似線形化に伴う計算精度低下への対策を中心に、多自由度系への拡張も視野に入れながら、更なる理論研究の推進を行う。また、開発した歩行機を用いた理論検証実験も並行して推進する。
平成24年度が終了した時点で、当初の計画の一部であった(1)瞬間的でない両脚支持状態を持つ歩行系および(2)直動関節を持つ歩行系に関する研究については、モデルや相の構成が非常に複雑であるなどの理由から、基礎的な数値シミュレーションを通して挙動を観測したレベルに留まっている。(1)(2)に関する検討は平成25年度以降の主要課題であり、各分野の専門化を交えた議論も行う必要があろうと思われる。これらの理論研究の進展により、線形化可能な歩行系の体系的分類がなされるものと期待される。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品費の使用額が当初の計画よりも少なく済んだため、僅かに未使用額（次年度使用額）が発生した。この予算については平成25年度分の実機実験の経費の一部に含めて使用する予定である。
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Research Products
(10 results)
