2016 Fiscal Year Annual Research Report
受動的力学機序を規範としたミニマル2脚歩行・走行機構の開発
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16H04302
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐野 明人 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80196295)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池俣 吉人 帝京大学, 理工学部, 講師 (70467356)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ロボティクス / 受動的力学機序 / 歩行・走行 / データ駆動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
受動的な力学機序（力学メカニズム）を規範とすることは普遍性があり，これを持続的に発展させる意義がある．本研究では，ミニマルな2脚歩行・走行機構を開発し，実機実験によりその有用性を示した．簡単な介入操作以外は全て受動的な振る舞いであり，受動的力学機序を規範としている．能動システムへの過度な依存や力技の能動制御を回避することで，必然的に自然な動きを担保した．
本年度は，まず，骨盤および足部に手動ワイヤ駆動を導入し，アシスト下ではあるが，これまでにないヒトに近い3次元歩行を実現した．歩行機の改良とヒトによる介入操作により，実験者がわずかに腰をサポートすることで，かなり持続的に歩行が可能となった．なお，ヒトの骨盤の上下動作，足部の左右動作を参考に基本的な介入操作を見出した．今後，骨盤および足部の動作最適化と協調動作を行う予定である．
さらに，ヒトに近い高速走行を実現した．脚部に関しては，着地する直前から素早く振り戻し，着地後もしっかり最後まで振り戻すことを意識した．一方，足部に関しては，蹴り上げずにある姿勢で維持して着地させた方が，より安定した走行になることを見出した．なお，着地の衝突現象でワイヤを介して実験者の手に伸張反射が起きている可能性がある．また，開発段階で401回×数十歩に上る実験データを全て蓄積しており，今後データ駆動型アプローチを積極的に取り入れる予定である．
その他，高効率な平地歩行，最も簡単な歩行支援機についても基礎的研究を実施した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
骨盤，脚部，足部，腕部に手動ワイヤ駆動を導入し，アシスト下ではあるが，これまでにないヒトに近い平地歩行，3次元歩行および高速走行を実現したことで，当初目的はほぼ達成された．手動操作型介入を検証し，無理のない操作で自然な動作を実現したことから，ミニマルポイントを押さえていると考えている．特に，走行に関しては，経験のない実験者でも簡単に操作できるレベルになっている．開発した2脚歩行・走行機は，ヒトにも通じる繊細さがしっかり表現されており，歩行・走行におけるレバレッジポイントを最小限の介入でアシストするシステム構築になっている．以上のことから，おおむね順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，安定性を含めた運動性能をさらに高める計画である．平行して，ヒトによる操作を順次アクチュエータ制御に置き換える．ヒトの場合，バックドライバビリティが非常に高く，伸張反射を伴うような走行では，高応答性が求められる可能性があるため，最適なアクチュエータを導入する．一方，制御に関しては，洗練された手動操作を機械学習（深層学習＋強化学習）の手法で汎用化して行く．また，本年度開発した統合実験環境で蓄積された実験データは，今後同様に取得するデータと共に，データ駆動型アプローチに活かして行く．さらに，ミニマルな支援手法に関して準備を進める．
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