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人型ロボットによるヒトのバランス制御と空中感覚理解

使用仿人机器人进行人体平衡控制和对空气感觉的理解

基本信息

批准号：
20H04267
负责人：
橋本健二
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Waseda University (2022-2023)Meiji University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H04267/
关键词：
人型ロボットヒューマノイド脚型ロボット跳躍運動

项目摘要

本研究では，ヒトの運動制御系をモデル化し，人体運動を模擬可能な人型ロボットの開発を通して，ヒトのバランス制御と空中感覚を理解することを目的とする．令和4年度は，以下の3点について研究を推進した．(1) 2足ロボットの設計・製作：令和3年度までに単脚ロボットを開発しており，その脚機構（4自由度を持つ球面パラレルリンク機構）をベースに2足ロボットを設計・製作した．1脚の自由度は並進3自由度とYaw方向の自由度の計4自由度とし，3次元歩行と旋回動作が可能なようにした．足部については，受動足関節を有する線接地の機構を採用した．受動関節とすることでアクチュエータ搭載による重量増加を避け，脚先を軽量にできる．評価実験の結果，歩行周期0.2[s/step]での高速な足踏み動作を実現し，旋回動作については足部を線接地とすることで点接地よりも約6倍の最大摩擦トルクが得られることを確認した．(2) 上肢を利用した2足ロボットの転倒回避制御：令和3年度に続き，可捕性解析（Capturability，2012 Koolenら）を利用した転倒回避制御を考案した．上肢の着地位置決定に可捕性解析，転倒回避姿勢の決定に操作力楕円を利用するものである．動力学シミュレーションを通して，3次元空間を移動する2足ロボットに外乱が印加された場合に，転倒回避運動が生成されることを確認した．(3) ヒト運動解析にもとづく跳躍運動生成：ヒトの跳躍運動を参考に，脚ロボットの跳躍運動生成手法を考案した．具体的には，脚ロボットの目標重心軌道を設定し，圧力中心点が支持領域内に含まれるような不等式制約と浮遊期にロボットが回転しないという条件の等式制約のもと，線形モデル予測制御を利用してロボットの跳躍運動を生成する手法である．シミュレーションと実機の両方において跳躍運動が実現されることを確認した．

This study aims to clarify the motion control system of human body, to simulate the possibility of human body motion, to understand the development of human body motion control and aerial perception. In the fourth year, the following three points were studied and promoted. (1)2. Design and manufacture of foot joint: development of foot joint mechanism (4-DOF spherical joint mechanism) in the third year of Ling and 3. Design and manufacture of foot joint mechanism. 1. Degree of freedom of foot joint and 3. Degree of freedom of Yaw joint and 4. Degree of freedom of yaw joint and 3. Degree of freedom of yaw joint and rotation joint. The foot joint has a wire grounding mechanism. The weight of the actuated joint increases and the weight of the foot decreases. The results of the evaluation show that the high-speed foot pedaling motion is realized with a walking cycle of 0.2[s/step], and the maximum friction of the foot pedaling motion is confirmed by about 6 times the maximum friction of the foot pedaling motion. (2)Upper limb utilization and avoidance control: the third year of the year, the analysis of Capturability (2012 Koolen), utilization and avoidance control test case. The analysis of trappability in the determination of landing position of upper limbs, the analysis of operation force in the determination of landing avoidance posture, and the analysis of operation force in the determination of landing position of upper limbs. Dynamics: 3-dimensional space movement, 2-dimensional space movement, 3-dimensional space movement, 3-dimensional space movement, 3- (3)The analysis of jumping motion: jumping motion reference. Specifically, the target center of gravity orbit of the foot is set, the pressure center point is contained in the support field, the inequality restriction is contained in the floating period, the return condition is contained in the equation restriction, and the linear prediction is used to generate the jumping motion. The movement of the jump is confirmed by the fact that the jump is carried out.

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Trajectory-free dynamic locomotion using key trend states for biped robots with point feet

DOI：
10.1007/s11432-021-3450-5
发表时间：
2022-12
期刊：
Sci. China Inf. Sci.
影响因子：
0
作者：
Lianqiang Han;Xuechao Chen;Zhangguo Yu;Xishuo Zhu;K. Hashimoto;Qiang Huang
通讯作者：
Lianqiang Han;Xuechao Chen;Zhangguo Yu;Xishuo Zhu;K. Hashimoto;Qiang Huang

月面環境に対応可能な脚型ロボット足部の開発と月面模擬環境の構築

能够应对月面环境的腿式机器人足部研制及月面模拟环境搭建