人間型2足歩行ロボットの高速歩行および走行の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206050
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 河村 篤男 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (80186139)
• 研究分担者: 梶田 修司 産業技術総合研究所, 知能システム研究部門ヒューマノイド研究グループ, 主任研究員 ; 朱 赤 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助手 (20345482) ; 藤本 康孝 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (60313475)
• キーワード: 2足歩行ロボット / 2足走行ロボット / 3Dシミュレエータ / ジャンプロボット / ビジュアルサーボ / 低剛性アクチュエータ / ZMPセンサ / 高速2足歩行

研究概要

(1)高速歩行に関しては、前プロジェクトで製作したMARI-1を改良することにより実現した。主な改良点は、(1)筐体をCFRPに変更し、軽量化(約2kgの軽量化)と剛性の向上をはかった。(2)YAW軸回りのモーメントを補償するために腰を振る歩行パターンの生成を提案し、実験した。(3)歩行パターンを見直して、倒立振り子の基づく軌道に変更した。以上の改良により,時速1.5km/hの歩行が実現できた。(3)3Dシミュレータ(ROCOS)を用いて、Yaw軸周りのモーメントを補償するような制御を提案し、シミュレーションで確認したところ、時速4km/hで安定に歩行することが実証できた。
(2)人間型2足ロボットの走行に関しては、(1)1脚のジャンプロボット用の制御アルゴリズムを新規に提案し、跳躍高さ、走行速度、姿勢制御が指令値通りに実現できることを、簡易モデル及び質量が分布している2次元3軸モデルを用いて、シミュレーションにて確認した。(2)それを実証するための3軸1脚ジャンプロボットを製作した。電源線以外はすべて搭載する自律型として設計した。特に、軽量化のために、RONサーボ(ロボットネットワーク)サーボを提案し、IEEE485に準拠したLANを構築し、サーボの制御を行う。また、力センサとしてFRSを用いて各種実験を行い、所望の仕様を満たすことを確認した。(3)理論検討として、エネルギー効率の高い2足走行パターンの研究を行い、エネルギー回生を前提として消費エネルギーを最小にする走行軌道の生成法を開発した理論解析の結果、走行時は主に股関節が仕事をしており、膝関節ではエネルギーの収支はほぼゼロに近いことを明らかにした。
(3)人との力学的干渉を考慮し,接触しても人に危害を与えないことを目的として,昨年度開発した柔らかい動作を実現するゼロ剛性アクチュエータの1軸モデルをもとに,ばねにエラストマー機構を利用したゼロ剛性アクチュエータの開発を行った。

研究成果

• [文献書誌] 高橋太郎, 河村篤男: "二足歩行ロボットのつま先支持期のための重心・遊脚の位置・姿勢追従制御"電気学会論文誌D. 123. 1155-1160 (2003)
• [文献書誌] Chi Zhu, Atsuo Kawamura: "Walking Principlo Analysis for Bipod Robot with ZMP Concopt, Friction Constraint, and Inverted Pendulum Model"IEEE/RAS Intl.Conference on Intelligent Robots and Systems. (Proceeding). 364-369 (2003)
• [文献書誌] Chi Zhu, Mikio Okamura, Atsuo Kawamura, Yoshihito Tomizawa: "Experimental Approach for High Speed Walking of Biped Robot MARI-1"8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. (Proceeding). 427-432 (2004)
• [文献書誌] Yosuke Asano, Chi Zhu, Atsuo Kawamura: "Visual Walking for Biped Walking Robot MARI-2"8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. (Proceeding). 399-402 (2004)
• [文献書誌] Atsuo Kawamura, Kenji Sugio, Kouji Suzuki, Chi Zhu: "Simulation Study on One Leg Jumping for Biped Running"8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. (Proceeding). 433-438
• [文献書誌] Yasutaka Fujimoto: "Minimum Energy Biped Running Gait and Development of Energy Regeneration Leg"8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control. (Proceeding). 415-420 (2004)