人型ロボットの身体内保存力学的エネルギー活用による高効率運動実現に関する研究

本研究は，既存の人型ロボットが「常に全身の関節で力んでいる状態で運動している」ためエネルギー効率が低いという問題に対し，人間は末端が軽量になる身体構造を持ち，関節では「ばね性」や「脱力」により「全身を鞭のように連動させエネルギーを伝播させていく」運動戦略を取ることから，『ロボット身体内保存力学的エネルギー活用運動』およびそれに適した身体構造により全身運動時の消費エネルギーを低減させることを目的とする．研究期間を通じて，力学的エネルギーの3形態変換を伴う消費エネルギー最小運動生成法の確立，弾性の発揮・脱力が可能な高出力関節メカニズムの開発，動力伝達機構を用いた人間規範軽量四肢構造の開発を行う．これまでの研究実績として，まず消費エネルギー最小運動生成のための運動式を確立した．これまでの安定性の担保に加え，人間の動作戦略を基に，人型ロボット全身の力学的エネルギー統括法により各部の力学的エネルギーを算出可能とする．まずは計画通りシミュレーションによる理論検証を進める．また，機械メカニズムについては設計を進めている．既存のロボットの構造では，関節の駆動源であるアクチュエータはその関節の近くに配置する必要があった．一方，人間は，例えば膝を駆動する筋肉は複数種あり，その中には股関節の上の腰部から膝を駆動する筋肉も存在する．駆動源を被駆動関節よりも離れた位置に，特に他の関節を超えて配置できることで足首や膝関節の大幅な軽量化が可能となり，運動時の消費エネルギー低減が期待できる．本研究を発展させた研究が基盤研究(S)に採択されたため，本研究は本年度において終了する．上記成果は基盤研究(S)での研究で今後も活用をしていく．

本研究は，既存の人型ロボットが「常に全身の関節で力んでいる状態で運動している」ためエネルギー効率が低いという問題に対し，人間は末端が軽量になる身体構造を持ち，関節では「ばね性」や「脱力」により「全身を鞭のように連動させエネルギーを伝播させていく」運動戦略を取ることから，『ロボット身体内保存力学的エネルギー活用運動』およびそれに適した身体構造により全身運動時の消費エネルギーを低減させることを目的とする．研究期間を通じて，力学的エネルギーの3形態変換を伴う消費エネルギー最小運動生成法の確立，弾性の発揮・脱力が可能な高出力関節メカニズムの開発，動力伝達機構を用いた人間規範軽量四肢構造の開発を行う．これまでの研究実績として，まず消費エネルギー最小運動生成のための運動式を確立した．これまでの安定性の担保に加え，人間の動作戦略を基に，人型ロボット全身の力学的エネルギー統括法により各部の力学的エネルギーを算出可能とする．まずは計画通りシミュレーションによる理論検証を進める．また，機械メカニズムについては設計を進めている．既存のロボットの構造では，関節の駆動源であるアクチュエータはその関節の近くに配置する必要があった．一方，人間は，例えば膝を駆動する筋肉は複数種あり，その中には股関節の上の腰部から膝を駆動する筋肉も存在する．駆動源を被駆動関節よりも離れた位置に，特に他の関節を超えて配置できることで足首や膝関節の大幅な軽量化が可能となり，運動時の消費エネルギー低減が期待できる．本研究を発展させた研究が基盤研究(S)に採択されたため，本研究は本年度において終了する．上記成果は基盤研究(S)での研究で今後も活用をしていく．