2022 Fiscal Year Annual Research Report
動物の前腕ロック機構から切り拓く四脚ロボットの前肢多自由度化
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21H01269
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福原 洸 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (10827611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増田 容一 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70849760)
郡司 芽久 東洋大学, 生命科学部, 助教 (80833839)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオメカニクス / 四脚動物 / 旋回行動 / 前肢ロック機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では，各研究実施項目において下記のような成果を得た．
研究項目１）前腕ロック機構の原理理解：食肉目哺乳類であるツキノワグマの前肢を用いて，前腕の捻じれ剛性を計測した．その結果，垂直荷重が大きくなるにつれて，前肢のねじれ剛性が高まることが明らかとなった．また，前肢の筋肉（屈筋群・伸筋群）を部分的に切除することで，前腕ねじり剛性の垂直荷重依存性が消失したことから，前肢のロック機構において筋腱を介した連動が重要な役割を果たしていることが示唆された．
研究項目２）動物の歩行・旋回運動計測と解析：動物園との連携により蹠行性動物（レッサーパンダ）の旋回歩行の運動計測をおこなった．直進歩行運動に比べて180度の旋回歩行運動では，脚脚のduty factor（１完歩における支持脚期の割合）が大きく変動することが分かった．これは進行方向の変更に伴う移動速度の影響に加えて前後・内外の足運びの変化が影響していると考えられる．
研究項目３）旋回運動における検証：本年度は旋回歩行における前肢自由度の影響を検証する前段階として，四脚ロボットの基礎となる旋回歩行中における脚間協調制御則とバランス制御の開発と検証を行った．上位からの旋回方向の司令と各脚の力学的な負荷に応じて脚の外転・内転方向の運動自由度を制御する脚間協調制御モデルでは，前後の重心位置に応じて前脚・あるいは後脚による旋回を実現している（論文投稿中）．また，バランス制御においては，局所的な脚の負荷情報・関節角度に基づく単純な反射メカニズムを実装することで，四脚ロボットの体幹姿勢のバランスを維持する振る舞いを発現することに成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画の２年目では前腕部の不動化現象を動物解剖と運動計測を踏まえて明らかにし，ロボットモデルの構築を通して検証する予定であった．しかしながら，サンプルの計測装置の開発が当初計画よりも遅れたため，ロボットモデルの構築までには至っていない．サンプルの計測から，不動化現象を発現する解剖学的特徴の選定までは済んでいるため，今後，当該筋肉の影響を計測することと，ロボットモデルの構築を同時に遂行することで全体の実施計画の修正は可能である．
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| Strategy for Future Research Activity |
動物サンプルの前腕ねじり剛性の計測をより推進するために，国内の解剖学者との連携へ広げる予定である．また，解剖学とロボット学を融合研究を行っている国内外の研究者を集めたorganized sessionを国際会議にて計画しており，研究発表・議論を通した分野融合の促進も図る．
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