脚と車輪を有する不整地移動プラットフォームの操作性を考慮した歩容制御手法の研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650242
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 中野 栄二 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90198151)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 隆行 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (70197151)
• Keywords: 脚車輪ロボット / 不整地移動 / 段差踏破 / 階段 / 操縦型制御 / 脚相管理歩容

Research Abstract

(1)実験機の試作 操縦型連続移動歩容の検証のために,移動効率と安定性に優れる脚車輪ロボットの実験機を製作した.制御装置は,PC/AT互換ボードコンピュータとFPGAインターフェースボードからなる構成とし,機載運用のための小型化,18自由度からなる機体を制御可能な能力を有するものとなった.
(2)オペレータによる操縦実験 研究代表者らが提案している「脚相管理歩容」は,推進動作の停止を予測しながら脚の復帰タイミングをリアルタイムで決定し,操縦型制御に適した速度指令追従特性を有する.このアルゴリズムを試作した実験機上で実現し,人間オペレータによる操縦実験を行った.その結果,オペレータの指示する速度がある一定限界を超えたときに,脚の復帰動作が間に合わずに推進動作の停止を招くこと,またその特性が複雑で,オペレータの学習によってもその回避は困難であることが明らかになった.この結果に基づき,指示速度の超過を自動的に補正するアルゴリズムの開発に着手した.
(3)段差踏破に関する考察 本研究課題で対象としている脚車輪ロボットは,代表者らが従来より取り組んできた不整地移動ロボットであるが,階段のような連続する段差,あるいは単段であっても斜めに進入したような場合には踏破に失敗していた.まず階段踏破については,段差を登る際の力学的な解析を行い,外乱力に対する余裕が最も大きくなるような姿勢および荷重配分を決定する方法を開発した.また,段差に斜めに進入した場合の踏破不能の原因が車輪の横滑りであることを実験によるつきとめ,それを回避するような歩容を新たに開発することで,踏破を実現する見込みを得た.

Research Products

• [Publications] E.Nakano,T.Takahashi,Z.D.Wang,Y.J.Dai,S.Nakajima: "A Simplified Cooperational Motion Control Method of a Leg-Wheel Robot for an Unexplored Rough Terrain Environment"Proceedings of SCI'00. vol.XI. 234-239 (2000)
• [Publications] 熊谷正俊,高橋隆行,王志東,中野栄二: "脚車輪型ロボットの継続的な推進動作のための歩容と速度制限手法"第18回日本ロボット学会学術講演会予稿集. no.3. 1129-1130 (2000)
• [Publications] 清水直行,高橋隆行,王志東,中野栄二: "脚車輪型移動ロボットの階段踏破に関する研究"計測自動制御学会東北支部第192回研究集会資料. no.192-1. 1-6 (2000)
• [Publications] 荒井和哉,高橋隆行,王志東,中野栄二: "脚車輪分離型移動ロボットにおける段差踏破能力の向上"計測自動制御学会東北支部第192回研究集会資料. no.192-2. 1-9 (2000)