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撃力と自由運動を利用した歩行ロボットのハイブリッド制御

研究課題

研究課題/領域番号 17760353
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 制御工学
研究機関大阪大学

研究代表者

大塚 敏之  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教授 (40272174)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2006年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2005年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワード歩行ロボット / ハイブリッド制御 / 自由運動 / 対称性 / 撃力 / オンライン・シミュレーション
研究概要

本研究の目的は,自由運動を積極的に利用した制御手法を確立し,できるだけ消費エネルギーの少ない歩行ロボットを開発することである.具体的には,両脚接地時のみ撃力による蹴り動作を行い,片脚支持の状態では何ら力を加えない,という制御手法を研究し,実機を開発した.
まず,制御手法に関しては,非線形モデルを用いた数値シミュレーションを歩行動作中にオンラインで行い,最適な蹴り入力を探索するというフィードバック制御アルゴリズムを開発した.その結果,ある程度自由に初期状態を与えても,両脚接地の直前に支持脚をわずかに伸ばすのみで周期的な歩行運動を達成できることが確認できた.さらに,片脚支持の状態で腰部のジョイントにトルクを発生させることで安定性を増すことも検討し,シミュレーションによってある程度の効果が確認できた.より一般的な観点から,不連続性を伴うハイブリッド制御の理論や,オンラインで最適化問題を解くアルゴリズムについても研究を行った.
歩行ロボットの実機に関しては,3号機の開発を行った.1号機は4脚構造でサジタル平面内に運動を拘束したが,2号機は二脚構造のため片脚支持期にラテラル平面内の運動(左右方向の揺れ)が生じ歩行の障害となる場合があった.その原因は構造上の微小なガタやたわみであり,構造の剛性向上が課題となった.そこで,3号機では構造と角度計測の機構を工夫し,曲げ荷重のかかる部分はできる限り可動部を排した一体構造とした.さらに,超音波モータによって支持脚を伸縮させるアクチュエータを独自に開発した.これは,片脚支持期に自重を支えるための消費電力を低減し,かつ,バッテリと計算機を搭載して12kgだった2号機よりさらに軽量化するためである.接地検出のためのセンサも脚部に埋め込み,軽量化と剛性向上を達成した.センサとアクチュエータの周辺回路も独自に開発し,動作を確認した.

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2006 2005

すべて 雑誌論文 (12件)

  • [雑誌論文] コンパス型歩行モデルにおけるエネルギー最適軌道の探索2006

    • 著者名/発表者名
      藤井秀典, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第6回計測自動制御学会制御部門大会資料 Vol. 1

      ページ: 169-172

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 自由運動を利用したコンパス型歩行機械HW-IIIの開発2006

    • 著者名/発表者名
      角口謙治, 岡崎振一郎, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第7回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会

      ページ: 15-16

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Switching Control for Guaranteeing the Safety of a Tethered Satellite2006

    • 著者名/発表者名
      M.Okazaki, T.Ohtsuka
    • 雑誌名

      Journal of Guidance, Control, and Dynamics 29・4

      ページ: 822-830

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] A Real-Time Algorithm for Nonlinear Receding Horizon Control Using Multiple Shooting and Continuation-Krylov Method2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shimizu, T.Ohtsuka, M.Diehl
    • 雑誌名

      Proceedings of the 17th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems

      ページ: 766-770

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Nonlinear Receding Horizon Control of an Underactuated Hovercraft with a Multiple-Shooting-Based Algorithm2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shimizu, T.Ohtsuka, M.Diehl
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Control Applications

      ページ: 603-607

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Multiple-Shooting-Based Algorithm with Continuation/GMRES Method for Nonlinear Receding Horizon Control2006

    • 著者名/発表者名
      Y.Shimizu, T.Ohtsuka, M.Diehl
    • 雑誌名

      Proceedings of the First IFAC Workshop on Nonlinear Model Predictive Control for Fast Systems

      ページ: 35-40

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Hamiltonの原理に基づく自然な軌道の計画手法-力学変数の変数変換-2006

    • 著者名/発表者名
      森田晋, 大塚敏之
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集 42・1

      ページ: 140-140

    • NAID

      10017156510

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] オンラインシミュレーションに基づくコンパス型歩行機械の制御2005

    • 著者名/発表者名
      岡崎振一郎, 小曳孝志, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第49回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集

      ページ: 447-448

    • NAID

      130006983529

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Hamiltonの原理に基づく軌道生成手法の制約付き問題に対する拡張2005

    • 著者名/発表者名
      森田晋, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第5回計測自動制御学会制御部門大会資料

      ページ: 245-248

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 非線形コンパス型歩行モデルの対称性を利用したインパルス入力によるフィードバック制御2005

    • 著者名/発表者名
      南繁雄, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第5回計測自動制御学会制御部門大会資料

      ページ: 385-388

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] コンパス型歩行機械のオンライン探索による制御実験2005

    • 著者名/発表者名
      小曳孝志, 岡崎振一郎, 角口謙治, 大塚敏之
    • 雑誌名

      第48回自動制御連合講演会講演論文集

      ページ: 389-392

    • NAID

      130004599721

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] 自由運動を活用した歩行機械の制御理論と実験2005

    • 著者名/発表者名
      大塚敏之
    • 雑誌名

      第6回計測自動制御学会システム・インテグレーション部門講演会論文集

      ページ: 913-914

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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