2015 Fiscal Year Research-status Report
人体の筋骨格構造と弾性調節機能を用いた新しい歩行ロボットの設計と運動制御
| Project/Area Number |
26420201
|
|---|
| Research Institution | Ehime University |
|---|
Principal Investigator |
李 在勲 愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (00554411)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 歩行ロボット / 筋骨格構造 / 弾性調節機能 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
人体の筋骨格構造に基づく新しい歩行ロボットの開発のために平成２７年度に行われた研究の実施状況は次のようになっている．
平成２６年度に設計した初期モデルの歩行ロボットについて，歩行シミュレーションと実機開発，そして歩行実験を完成させた．各足に２つのワイヤによる駆動ユニットを装着させ，筋骨格構造の準受動歩行ロボットの開発を行った．平坦地での歩行を可能にするために特殊な足元の機構を設置し，着地を検知するセンサを付着した．独立した歩行を可能にするために，胴体には姿勢センサと制御器を装着した．歩行運動制御は，フィードバック位置制御法を基に，ワイヤの非線形要素とそのプリロードを用いて各足の弾性を調節するフィードフォワード制御法を兼用する制御アルゴリズムを提案した．その歩行アルゴリズムは，計算機シミュレーションと実験装置に適用し，初期モデルの歩行運動を成功させた．
最終モデルとして，膝付きの２本足を有する歩行ロボットを開発し，振り子運動原理に基づいた基本的な準受動歩行運動を実現した．股関節には小型軽量のサーボモータを装着し，膝関節には遊脚時の受動回転及び着地時の固定が可能である特殊な機構を考案し導入した．また，胴体の姿勢角と足元の反力を用いるCPG (Central Pattern Generator)基盤制御器を提案した．その結果，平地での歩行運動を実現させると共に，センサ情報のフィードバックが歩行運動の安定化に重要な役割を行っていることが実験的に証明された．
そして，人間歩行運動に対する調査分析を通して歩行に関与する筋肉とその役割を理解し，最終モデルの筋骨格構造のための設計するためのガイドラインを得ることができた．また，筋骨格構造の脚を開発し，内力及び非線形特性を活用する運動制御法を実証した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請時の研究計画通り，初期モデルの歩行ロボットが開発され，提案した制御法による歩行実験が成功を収めた．それを受け，位置制御のフィードバック法と弾性制御のフィードフォワード法を兼用する歩行制御アルゴリズムを新たに提案した．
最終モデルの歩行ロボットについても，計画した脚部の開発とロボットの設計を完了した．その後，次年度の研究活動として計画していた最終モデルの実機開発と歩行実験がある程度行われ，基本的な歩行運動を実現させることができた．
一方，本研究を行う際に，歩行ロボットの関節について新しい設計案が提案された．弾性調節機能を有する新しい関節の設計案を考案し，試験機を製作した．今後は試験機を改良すると共に，筋骨格構造に基づく方法との比較研究を行うことで両方の発展が期待される．
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終モデルの歩行ロボットに弾性調節機能を追加し，改良を行う．弾性調節機能を実現するために，人体の筋骨格構造を基に内力を活用する方法と，可変弾性機能の特殊関節を用いる方法の，両方法を同時並行で検討する．また，歩行運動制御アルゴリズムの改善は，人間の歩行運動を参考すると共に，計算機シミュレーションと実機を用いた実験を繰り返し，統合的に研究を行う．特に，足部の弾性変化が歩行運動の安定性やエネルギ効率などに与える影響について調べる．可変弾性機能を持つ特殊な関節の改良と導入については，海外の専門家との共同研究を計画している．
|
| Causes of Carryover |
最終モデルの歩行ロボットを開発する際に，複数のモータを利用する弾性調節機構を装着せず，小型サーボモータを活用したため次年度使用額が生じた．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
弾性調節機能を装着するなど，最終モデルの歩行ロボットの改良に充てる．また，新たに提案した可変弾性機能を持つ特殊な関節の改良のための国際共同研究の費用に使用することを計画している．
|
