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

基于动物前臂锁定机构为四足机器人前肢创建多自由度

• 批准号: 21H01269
• 负责人: 福原 洸
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01269/
• 关键词: バイオメカニクス; 四脚ロボット; 解剖学; 前肢ロック機構; 四脚動物; 旋回行動

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．

When the year is over, each research implementation project will be recorded and the results will be obtained. Research item 1) Principle understanding of the forearm mechanism: Carnivorous mammals use the forelimb, and measure the stiffness of the forearm. As a result, the vertical load is too large, and the stiffness of the forelimb is too high. The stiffness and vertical load dependence of the forelimb muscle (flexor tendon group and extensor tendon group) disappear. Project 2) Measurement and analysis of animal walking and cyclic movement: measurement of cyclic movement of plantar animals in zoos. Straight forward motion is faster than 180 degrees of circular motion, and the duty factor of the foot (1 step) is greater than the duty factor of the foot. The direction of movement is changed with the speed of movement. Research Item 3) Cyclical Motion Detection: This year, the influence of cyclic motion on forelimb freedom is detected. The first step of cyclic motion is detected. The fourth step of cyclic motion is detected. The first step of cyclic motion is detected. The second step of cyclic motion is detected. The direction of rotation of the upper leg and the mechanical load of each leg are controlled by the degree of freedom of movement in the outer and inner directions of the leg. The coordination between the legs is controlled by the center of gravity of the front and rear legs. The load information of the feet of the board, the joint angle, the pure reflection, the installation, the maintenance of the body posture of the four-legged board, and the successful occurrence of the vibration.

项目成果

Tracing Feline Shoulder toward Adaptive Legged Robots

追踪猫科动物的肩膀走向自适应腿式机器人

• DOI: 10.7210/jrsj.41.247
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of the Robotics Society of Japan
• 作者: Satoshi Wakahara;Katsutoshi Yoshida and Yoshikazu Yamanaka;木村 太郎，井上 智博;Atsuki Komiya;Fukuhara Akira
• 通讯作者: Fukuhara Akira

レッサーパンダを対象とした旋回 時の歩容特性解析

小熊猫转弯时的步态特征分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Ueno Shotaro;Nakajima Mizuki;Tanaka Motoyasu;津島 知世，天池 隼斗， 谷中 由妃，小澤 賢一， 増田 容一，福原 洸， 郡司 芽久
• 通讯作者: 津島 知世，天池 隼斗， 谷中 由妃，小澤 賢一， 増田 容一，福原 洸， 郡司 芽久

多義的メカニクス研究会

多义力学研究组

ウマ後肢の筋・腱構造を再現した解剖学的ロボットモデルにおける ウォーク・トロット歩容の創発

解剖机器人模型中出现步行步态，再现马后肢的肌肉和肌腱结构

• 发表时间: 2023
• 作者: 吉田龍矢;宮下和大;増田容一;郡司芽久;福原洸;高橋佑治;大村一;多田隈建二郎;石川将人
• 通讯作者: 石川将人

ロボット屋が知らない解剖の世界２：肩の構造と柔軟な身体

机器人店不知道的解剖世界2：肩部结构与灵活的身体

• 发表时间: 2021
• 作者: Masaru Takeuchi;Katsuhiro Tokutake;Taichi Miyamoto;Naoki Ito;Tadayoshi Aoyama;Shigeru Kurimoto;Hitoshi Hirata;Yasuhisa Hasegawa;福原洸
• 通讯作者: 福原洸