2013 Fiscal Year Research-status Report
６脚ロボットの歩行環境適応型胴体６自由度運動制御手法の開発
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25420200
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kisarazu National College of Technology |
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Principal Investigator |
内田 洋彰 木更津工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (00223561)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ６脚ロボット / 全方向歩行制御 / 姿勢制御 / 自己位置推定 / フィードバック制御 / 最適制御 |
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| Research Abstract |
平成25年度は，第1の課題，“仮想インピーダンスを設定した6脚ロボットの全方向(歩行方向x，yおよびヨー角)歩行制御手法の開発”について，3Dシミュレーションでの検討を行った。数式モデルは支持脚旋回部に仮想的なインピーダンスを設定している。平成24年度までの研究では，この仮想的なインピーダンスを設定しない状態でx，yおよびヨー角を制御するモデルを導出していた。しかし，この手法では，旋回部リンクのアクチュエータの特性(リンクの慣性，不感帯，飽和)を考慮していないため，追従性において偏差が生じていた。このインピーダンスを設定する手法の導入目的は，数式モデルは6次増えるが，アクチュエータのダイナミクスを考慮したFBシステムとなるため追従性の改善が期待できることと，支持脚切り換え時のダイナミクス変動(初期外乱)について，報告者らは，これまでの研究において腿部リンクを制御することで支持脚切り換え時のダイナミクス変動を小さくすることを示したので，同様に旋回部においても小さくする効果が期待できることである。提案手法の有効性は，Virtual Lab Motion上にH22年度に構築した3Dモデルにおいて検証を行った。具体的には，支持脚旋回部に仮想的に作用する力をバネとダンパを用いてモデル化し，アクチュエータのダイナミクスを考慮したロボット胴体位置(x，y)および姿勢(ヨー角)モデルを導出した．胴体位置(x，y)および姿勢角(ヨー角)に対して，1型のサーボ系を設計するLQI制御系を設計した。提案する軌道追従制御手法の有効性は6脚ロボットの3Dモデルを用いたシミュレーションにより，半径0.5mの旋回歩行を行うことで検討した。仮想的な力を考慮しない手法と比較して，振動的な現象が抑えられ，胴体重心位置および姿勢角(ヨー角)が目標軌道に追従することを示し，提案する制御手法の有効性を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第1の課題，“仮想インピーダンスを設定した6脚ロボットの全方向(歩行方向x，yおよびヨー角)歩行制御手法の開発”について，3Dシミュレーションでの検討では，制御手法の有効性が確認されているが，実験での検討が現在の課題となっている。実験での制御手法の実現には，6脚ロボットの絶対座標系における歩行位置x，yおよびヨー角を検出する必要がある。現在までに，レーザーレンジファインダー(LRF)を用いて，歩行位置x，yおよびヨー角を検出することはできている。このLRFの信号を用い，誤差信号を除去し，上記制御手法を正確に実装できる自己位置推定手法については検討中であり，報告者が提案する全方向歩行制御に適用する段階には至っていない。
第3の課題，“姿勢制御(胴体高さ，ピッチ角，ロール角)と全方向歩行制御手法の協調制御”については，平成25年度に6脚ロボットの3Dモデルを用いて検討を行った。現在までは，仮想インピーダンスを設定していない全歩行方向制御手法と仮想インピーダンスを設定した姿勢制御を協調して，段差がある不整地での直線歩行のみの段階となっている．第3の課題では，全方向歩行制御手法において，旋回部のみでは進行方向の移動量は制御できるが，横方向の移動量は制御が困難なため，脛部を制御することで，横方向の移動量を制御することを考えている。この場合，旋回部と脛部を協調して制御する必要が生じる。この旋回部と脛部を協調して胴体を移動する制御手法については，脚リンクを2リンクマニピュレータのモデルに置き換えて，マニピュレータ先端の位置と力制御について仮想インピーダンスを設定して制御する手法について検討中である。この成果を今後，6脚ロボットの支持脚に適用する。
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| Strategy for Future Research Activity |
第1の課題，“仮想インピーダンスを設定した6脚ロボットの全方向(歩行方向x，yおよびヨー角)歩行制御手法の開発”についてでは，実験での検討を行う。この制御手法を実現するにはロボット胴体の歩行環境における絶対座標を検出する手法が必要である。LRFを用いた手法を検討しているが，同時にオドメトリ手法についても検討する。本研究課題での主目的は6脚ロボット胴体の6自由度制御手法の確立であり，自己位置推定は付随的な研究となる。第3の課題，“姿勢制御(胴体高さ，ピッチ角，ロール角)と全方向歩行制御手法の協調制御”では，3脚歩行時における支持脚の接地点に胴体位置(x，y)および姿勢角(ヨー角)を目標の値となるように修正する仮想的な力を加える数式モデルの導出および制御手法を開発し，3Dシミュレーションで制御手法の有効性を検討する。3Dシミュレーションでは，段差のある不整地での直線歩行および旋回歩行で有効性を検討する。
第2の課題，“全方向歩行制御において，フィードフォワード（FF）入力を用い，ウォームギヤ駆動の応答性を改善する運動制御手法の開発”については平成26年度および27年度に検討する。FF入力を求めるのに必要な数式モデルは導出されているので，この数式モデルをもとにFF入力を求め，6脚ロボットの3Dシミュレーションで検討する。
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Research Products
(3 results)
