2014 Fiscal Year Annual Research Report
人の歩行の多様性における身体ダイナミクスベースト制御に関する研究
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14J00822
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
中西 大輔 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | McKibben型空気圧アクチュエータ / 筋骨格構造 / 安定性解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではMcKibben型空気圧アクチュエータ(以下MPA)を用いたロボットの解析を通じて，二足歩行ロボットの身体ダイナミクスベースト制御理論の構築，および人間の歩行メカニズム解明を目指している．これに対して今年度申請者は，(1) MPAを用いた二自由度脚ロボットの立位姿勢安定性解析，(2)MPAの動的特性の実機検証，(3) MPAを用いた脚ロボットの周期運動に対する解析，以上の三つのテーマに重点を置いて研究を行った．以下その詳細について個別に述べる．
(1)においては，申請者らがこれまで扱ってきた脚モデルを拡張した，足首と膝に自由度を有する脚モデルについて解析を行った．またその結果から，脚モデルの平衡姿勢が安定となる条件を導出した．その条件を満たす具体的な入力の設計や実機実験については今後の課題であるが，高自由度モデルにおける安定条件の導出は，今後さらに高い自由度を有するモデルを考える上でも重要な結果だと考える．
(2)においては，MPAの動特性に影響する物理パラメータについて実験検証を行った．その結果，MPAの動特性は収縮速度だけでなくその長さにも依存すること，またヒステリシス性を有することが明らかとなった．さらに動特性-収縮速度-長さの関係について，伸縮の周波数が高い領域においては平面の方程式でよく表せることがわかった．MPAの動特性は未だ定式化されておらず，ロボットの運動解析や入力設計を考える上で非常に重要である．
(3)においては，腰部を拘束した簡単な脚モデルの周期運動について，その安定性解析と入力設計法の考案を行った．その結果，安定性が脚機構とMPAの特性により満たされること，また設計手法の妥当性を解析および実機検証により確認した．このテーマは当初の研究実施計画には含まれていないものの，これらの結果は歩行という周期運動を今後扱って行く上で非常に有意義である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の研究実施計画では， (1)二自由度脚モデルの立位姿勢および周期運動の安定性解析および実機検証，(2)MPAの動特性に関する研究に重点を置いて研究を行う予定であった．
(1)については研究実績の概要で述べた通り，脚モデルの立位姿勢の安定性解析についてはその安定条件の導出が終わっている．また，腰部拘束のあるモデルにおいては周期運動の安定性を確認し，入力手法も確立している．一方で，二自由度モデルにおける周期運動の安定性や実機検証は未だ完了しておらず，(1)については当初の予定に比べてやや遅れていると考える．
(2)については先に述べた通り，動特性-収縮速度-長さの関係について，伸縮の周波数が高い領域においては平面の方程式でよく表せることがわかった．この結果を元にさらに詳細な実験を行い，また物理的な意味を考察することで，MPAの動特性を含んだモデルを提案することが可能だと申請者は考えている．よって，(2)に関してはほぼ概ね順調に進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず，引き続き (1) MPAを用いた二自由度脚ロボットの立位姿勢および周期運動の安定性解析と実機検証，および(2)MPAの動的特性の定式化を行う．また，(1)終了後には当初の予定通り(3)上半身を有する脚モデルに関する安定性解析および実機検証を行う．
(1)については，まず立位姿勢が安定となる条件を満たすような入力設計法を考案し，実機による検証を行う．また，周期運動に対する安定性解析を行った後，腰部拘束のあるモデルに対して提案した手法を拡大する形で入力設計を行い，実機検証を行う．
(2)については，先に述べた通りさらに詳細な実験を行い，また物理的な意味を考察することで，MPAの動特性を含んだモデルを構築する．また，この結果はMPAを用いたロボットの解析に応用される．
(3)については，二自由度モデルにおける解析手法を拡大する形で解析を行う．また，作成した実機に上半身を付け加え，実機検証を行う．
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