| 研究課題/領域番号 |
21H01269
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
福原 洸 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)
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| 研究分担者 |
増田 容一 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70849760)
郡司 芽久 東洋大学, 生命科学部, 助教 (80833839)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
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| キーワード | バイオメカニクス / 四脚動物 / 旋回行動 / 前肢ロック機構 / 四脚ロボット / 解剖学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
四脚動物が示す歩行，走行，採餌，営巣といった多芸多彩な振る舞いの背後には，器用に働く前肢の存在がある．前肢は，身体を力強く支持・推進させるロコモータとして機能する一方で，推進の向きを変える「舵取り」の役目や，物体を把持操作するマニピュレータとしての機能も有する．この前肢の状況依存的な機能発現の源泉ともいえる現象を，申請者らはライオン前肢の解剖から発見した．それは前肢の体重支持に伴う「足先の不動化現象」である．本研究では，解剖学，ロボット工学，制御工学の連携により不動化現象のメカニズム全容を明らかにし，四脚ロボットの即時適応的な振る舞いを生み出す脚抹消の新たな設計論へと昇華することを目的とする．
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| 研究実績の概要 |
最終年度である本年度では各研究項目において以下のような成果を得た．
研究項目１）前腕不動化現象の原理理解：前年度までに実施したツキノワグマの前腕のねじり剛性の結果を踏まえて，前腕屈筋として長掌筋を想定したロボット機構モデルを構築し，実機実験を実施した．その結果，動物の計測と同様の前腕ねじり剛性の垂直荷重依存性を再現することに成功した．また，他前腕筋群の影響を検証するためのツキノワグマの前腕ねじり実験を実施し，長掌筋よりも橈側手根屈筋など橈尺関節に対してモーメントアームの大きい屈筋がより前腕不動化現象に大きな影響を及ぼしていることが示唆された．この知見に基づきロボット機構モデルの聴力材を複数筋配置に発展された．以上の取り組みから，動物の多自由度な前肢における不動化機構において，屈筋による連動性の効果が明らかにされた．現在，追加の解剖計測とロボットモデル検証をまとめて論文投稿予定である．
研究項目２）本年度では，動物の運動に着想を得た旋回方向制御とその検証を行い，主に２つの成果を得た．１つ目の成果は，動物の重心位置の応じた旋回戦略を再現可能な自律分散的な旋回歩行の実現である．ウマやサルなど重心位置が異なる動物は，重心に近い脚によって大きな横力を発生させる．本研究では，こうした動物の旋回戦略を再現可能な自律分散的旋回制御を提案・検証した．２つ目の成果は，直進運動から旋回運動への適応的な遷移運動の実現である．本研究の提案する自律分散制御では，直進から旋回へ遷移する際に遊脚中に接地位置を旋回方向とは逆向きに調整することで，旋回方向への倒れ込む動作を促し，旋回への遷移を促す運動パターンを自己組織的に生成することに成功した．これらの旋回に関する運動制御は，重心位置が高い哺乳類の形態と運動を理解し，ロボットなどの人工物を構築する重要な基盤技術となることが期待される．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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