非定常歩行特性を考慮した2足歩行機械の動的総合

• 研究課題/領域番号: 63550116
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械要素
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 舟橋 宏明 東京工業大学, 工学部, 教授 (10016529)
• 研究期間 (年度): 1988
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1988年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 2足歩行機械 / 可調整機構 / 機構総合 / 非定常歩行 / 傾斜面歩行 / 段差面歩行 / 旋回歩行 / 姿勢制御

研究概要

種々の歩幅に対応して足関節の運動を創成する可調整足関節軌跡創成機構やおよび足関節まわりの足部角運動を創成する足部駆動機構からなる歩幅可変脚機構、ならびに歩行機械全体の角運動を制御するために腰部上で倒立振子が2軸まわりに揺動する形式の姿勢制御機構により構成される試作2足歩行機械について、傾斜面歩行、段差面歩行および旋回歩行を可能にする調整入力機構の総合および外乱に対応可能な姿勢制御システム構築のためのセンサ情報をもとにした姿勢制御を行った。
まず、本試作機の脚機構の腰部に固定された二つの体偶の相対位置関係を調整する機構を脚機構に付与することにより傾斜面歩行が可能になり、またこの調整機構と従来から採用している原動節長調整機構を組み合わせることにより任意形状の段差の面における歩行が可能になることを確認するとともに、水平面定常歩行から傾斜面歩行や段差面歩行へ、傾斜面歩行や段差面歩行から水平面定常歩行へ移る間の非定常歩行時における最適な機構入力を、歩行面と脚節の干渉、腰部の進行方向加速度およびサーボ系の特性を考慮して決定した。
つぎに、旋回歩行を可能にするために足部に鉛直軸回りの角変位を与える機構、すなわち足部駆動機構と同一の機構寸法を有し足部駆動機構と並列に配置された平面リンク機構、差動歯車機構および入出力軸が互いに直交する歯車機構からなる足部旋回機構の総合を行った。
さらに、外乱にも対応できる姿勢制御システム構築のために、歩行機械の前後方向に作用する外乱モーメントに対処するために腰部揺動角を検出してこの情報をもとに姿勢制御機構の倒立振子の前後方向の揺動角を制御するクローズドループ制御系を構成し、歩行実験を行うことによってその有効性を確認した。