冗長双脚機構を有する運搬用二足歩行ロボットの柔軟不整地歩行制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14760166
• Research Institution: Seikei University
• Principal Investigator: 柴田 昌明 成蹊大学, 工学部・電気電子工学科, 助教授 (90307116)
• Keywords: 二足歩行ロボット / ロボット / 冗長 / 衝撃力 / 非干渉制御 / 重心制御 / 外乱オブザーバ / 不整地

Research Abstract

本研究課題では,荷物運搬用機械として二足歩行ロボットを導入することを目的とし,そのための新しい機構ならびに制御手法の開発を提案している.運搬作業では屋外環境における柔軟不整地での適用や積載物の重量変化への対応など解決すべきさまざまな課題がある.特に,遊脚着地時に発生する衝撃力ならびに支持脚離地時に要する踏み出し力によって歩行動作の安定性が損なわれる問題は重要課題の一つである.
本研究課題における提案手法の特長は冗長自由度を有する脚(冗長脚)を導入した点にある.冗長脚では足先動作と姿勢変化を独立に制御することが可能であり,歩容と脚の重心位置あるいは全体の重心位置をそれぞれ分離して独立に動作できる.
これまでに得られた成果および知見としては,この機構の特長を活かして,着地地盤の強度に依存することなく着地衝撃力が緩和されることを実証した.これは脚の冗長構造により着地面から受ける急峻な反力変化量を吸収することに基づく。
そして,脚の重心に対して下方加速度を与えることで着地衝撃力を能動的に低減しうることを実証した.本研究課題において開発した非干渉統合制御則に基づき,脚重心に対する加速度制御が実現された.これにより,構造的に緩和されていた衝撃力を能動的に吸収することができ,衝撃力の一層の低減が図られた.
さらに,着地時に適切な脚姿勢を選択することで衝撃力がほとんど生じない着地動作を実現しうることを実証した.脚の冗長構造においては姿勢に関する運動学的な冗長性も有しており,適切な姿勢を選択することでほとんどの衝撃力を吸収できることが分かった.
以上のように,歩行時に発生する着地衝撃力によって歩行動作の安定性が損なわれる問題を解決した.

Research Products

• [Publications] 柴田昌明, 田崎剛, 名取猛: "非干渉統合制御に基づく冗長双脚ロボットの着地衝撃力低減"電気学会論文誌. 123巻6号. 703-709 (2003)
• [Publications] 田崎剛, 柴田昌明: "冗長双脚ロボットの着地衝撃力低減のための姿勢選択"電気学会論文誌. 123巻12号. 1550-1551 (2003)