| 研究課題/領域番号 |
17K00369
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| 研究機関 | 千葉工業大学 |
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研究代表者 |
米田 完 千葉工業大学, 先進工学部, 教授 (70221679)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ２足歩行ロボット |
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| 研究実績の概要 |
おもりの加減速による２足歩行のアシストについて、３種の方法を実現した。
１つめはサジタル面内で偏心したおもりを定速回転させ、上下方向の足上げと前後方向の振り出しをアシストするもので、足先の伸縮機構と同期させて駆動し、一定周期の歩行運動を誘起する。脚長432mm、質量3.2kgのロボットを一定周期でスムーズに歩行させた。その周期は0.3から0.4秒の間で安定であった。
２つめはサジタル面内でおもりを直線運動させるもので、水平方向のみと、傾斜させて上下成分を含む場合を試みた。おもり駆動部は脚先近傍に位置させた。水平運動は遊脚を振り出すときにおもりを後方に加速することで脚の前方振り出しをアシストする。支持脚期間中におもりを前方にもどして復帰するが、このときの加速の効果は、ほぼ直接地面に伝わり、ロボットの運動にほとんど影響しない。脚長850mm、質量15kgの試作機による実験では、遊脚振り出しが誘起されるものの、その強度は十分ではなかった。これはおもりの質量不足、および前後ストロークの不足によると考えられるが、ストロークを長くするとおもり位置によって重心位置が変わってしまい、重力によって脚の傾きが生じる。また、おもりの質量は全体質量に対して小さいほうが望ましい。直線運動の方向を傾けて上下のアシストも同時に行うと、遊脚を上げるアシスト効果によって歩行周期が長くなり、歩幅も増大する傾向が見られた。
３つめは円板をフロンタル面および水平面で回転させ、その慣性モーメントと角加速度の積によるトルクでアシストするものである。純粋なトルク発生であるアシスト装置の位置は任意である。２つの面間の任意の角度に円板を固定する機構により実験を行った。フロンタル面では左右揺動運動がアシストされ、ロール角を増す効果を確認した。水平面ではヨー軸まわりの運動で遊脚側を前方に押し出し、歩幅を増大する効果を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
２つめの試作機をほぼ完成させ、おもりの並進運動によるアシストと円板の回転運動によるアシストをさまざまな条件で試行できるようになった。この試作機は全高1650mmの人間サイズで、人の歩行とほぼ同じ周期で運動ができる。足先の接地センサによってタイミングの基準をとることで各アクチュエータの動作をロボット全体の自励的運動に同期させて行うことができる。足先の蹴り出し機構によって左右の揺動を誘起して遊脚を上げる。この動作だけが慣性アシスト前の運動で、左右の足を上げて足踏みをするだけのものである。また、ロボットの腰関節はアクチュエータが無くフリーである。これに各種の慣性アシストを加えて前進運動を誘起させる。さらに、脚上げ運動も誘起するアシストも行える。実験機は回転運動と直線運動の両方が行え、その方向を自在に変えられる実験装置となっているため、これによって慣性アシストの各種の実験がすぐに行えるようになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
試作した実験機により各種の慣性アシストを試み、その効果について考察し、効率の良いアシスト方法を探る。とくに複数のアシスト法を協調させた場合についても検討する。また、アシスト以外のパラメータである左右の足幅、脚長、脚の慣性モーメント、重心の位置、腰関節の位置、足先の形状について、変化を加えながら適切な値や形を見いだす試みを行う。これによりアシスト効果がよく発揮される条件を検討する。
並行して、本研究の目標の１つである人間の歩行への応用について準備する。はじめはエアシリンダでおもりを駆動する簡易な装置を脛部分につけて慣性アシストの効果が体感できるかどうか試す。脚に接地センサを装着してアシストのタイミングを適切に行う制御をする。トレッドミル上の歩行を測定してアシスト効果の定量的な把握を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
購入しようとする物品の単価がおおむね残額より大きく、年度内購入をしなかったため若干の残額が生じた。
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