2021 年度実施状況報告書

ロボットから人間の２足歩行に応用する安定化ペースメーカーの研究

研究課題

研究課題/領域番号	20K12014
研究機関	千葉工業大学
研究代表者	米田完千葉工業大学, 先進工学部, 教授 (70221679)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	２足歩行ロボット
研究実績の概要	２足歩行の基本である左右に揺動しながら足踏みをする運動を補助する方法について、いくつかの制御法の比較をシミュレーションと実験により行った。足先で小さなキック動作を行って揺動のモーメントを生成する方法は、上体のホイールの定時間駆動によるモーメント生成にくらべて安定性が高いことがシミュレーションでも実験でも確認できた。すなわち、ホイールよりもキック方式の方が、基準の周期と足上げ高さからのずれが早期に収束する。本研究ではホイール等の加減速による慣性アシストでの歩行補助をめざしているため、キック方式の安定性をホイールで実現する制御法を検討した。キックは定ストロークで行うため、揺動の速度が速い場合には作用時間が短くなることに着目し、一定高さに達するまでの時間だけホイールのアシストを行った。さらに各種の方法を検討した結果、一定高さに達したのちに規定時間まで逆方向にアシストし、遊脚の最高高さを抑制する手法が有効であった。実験ではレーザセンサで遊脚と地面との距離を計測してホイールの制御をした。ホイールの角加速度によるアシストでは、大きなホイールと大トルクのモータが必要で重量が増してしまう。そこで軽量で大トルクのアシストができる方法として、はじめから高速回転している小ホイールの回転軸の向きを変えることで得られるジャイロモーメントを利用することを試みた。この方式のアシスト装置を設計・製作し、２足歩行ロボットに付けて実験を行った。詳しい数値的な計測と検討はまだできていないが、概略として良好なアシストが実現できている。
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歩行の安定性について、従来から実施者が感じていたキック方式の優位性が計算と実験で明らかになり、キック方式に匹敵する安定性を生み出すことができる慣性アシストの手法を試し、さらに安定性を増す制御法も見いだせた。また、ジャイロモーメントを利用してアシスト装置の軽量化と高トルク化を実現するコントロールモーメンタムジャイロ方式の慣性アシスト装置を開発した。ただし、数値的な検証はこれからである。
今後の研究の推進方策	令和３年度に開発したコントロールモーメンタムジャイロ方式のアシスト装置を用いて、足踏みだけでなく前進させる歩行を行い、安定性と歩行速度の増加について検討を行う。具体的には、令和３年度の研究で左右揺動の安定性が増したため、これまでより長周期の歩行が安定して行えるようになり、前進時の遊脚振り出し時間が長くでき、一歩のストロークを長くできる可能性が出てきたため、遊脚振り出しアシスト用のおもりの質量をこれまでより増して実験を行う。さらに、遊脚振り出しアシストについても、振り出し量の安定性が増す制御法について検討を行う予定である。