ヒト型ロボットにおける可変拘束性を考慮したロバスト最適軌道計画・制御手法の構築

本研究の目的はヒト型ロボットの運動生成において，多様な拘束条件の切り替えとロバスト性を考慮したオンライン実行可能な最適軌道計画および制御手法を構築することである．研究計画として（A）拘束条件の切り替えを考慮した高精度な軌道計画手法の構築，（B）不確かさ・外乱の下で安定軌道を得るための軌道計画手法の改良，（C）軌道計画手法とコントローラの統合によるロバスト運動制御系の構築，という項目に順次取り組むことを予定していた．本年度で得られた成果は主に項目（B），（C）に関連するものであり，特に対象とする運動の一つである周期歩行の生成に着目して研究を行った．なお，項目（A）に関しては2019年に相補性条件による拘束条件を考慮した軌道計画手法として直交選点法に基づく手法が提案されている．これは我々が当初計画していた方法よりも高精度なものであることからそちらを利用する方針をとった．項目（B）に関連する成果としては，周期軌道と軌道の安定性を同時に設計可能な軌道計画手法を提案した．これは周期安定性を保証するための制約条件を軌道計画内で考慮することにより周期軌道の安定性・収束性を設計するものである．また，非線形回帰手法の一つであるガウス過程回帰（GPR）を用いてデータから外乱モデルを同定し，得られたモデルを軌道計画に利用することで外乱・不確かさに対応できる形をとっている．項目（C）に関連する成果としては，（B）の方法によって生成された軌道に対してロバストに追従制御を行うための制御器を提案した．これは二次計画法によって入力を計算する制御器となっており，入力飽和等の様々な制約を同時に考慮できる．また，GPRによって得られた外乱モデルと機会制約に基づき，外乱・不確かさをロバストに補償可能であることが特徴である．これらの成果については国際会議での発表および学術論文誌への投稿を行っている．

本研究の目的はヒト型ロボットの運動生成において，多様な拘束条件の切り替えとロバスト性を考慮したオンライン実行可能な最適軌道計画および制御手法を構築することである．研究計画として（A）拘束条件の切り替えを考慮した高精度な軌道計画手法の構築，（B）不確かさ・外乱の下で安定軌道を得るための軌道計画手法の改良，（C）軌道計画手法とコントローラの統合によるロバスト運動制御系の構築，という項目に順次取り組むことを予定していた．本年度で得られた成果は主に項目（B），（C）に関連するものであり，特に対象とする運動の一つである周期歩行の生成に着目して研究を行った．なお，項目（A）に関しては2019年に相補性条件による拘束条件を考慮した軌道計画手法として直交選点法に基づく手法が提案されている．これは我々が当初計画していた方法よりも高精度なものであることからそちらを利用する方針をとった．項目（B）に関連する成果としては，周期軌道と軌道の安定性を同時に設計可能な軌道計画手法を提案した．これは周期安定性を保証するための制約条件を軌道計画内で考慮することにより周期軌道の安定性・収束性を設計するものである．また，非線形回帰手法の一つであるガウス過程回帰（GPR）を用いてデータから外乱モデルを同定し，得られたモデルを軌道計画に利用することで外乱・不確かさに対応できる形をとっている．項目（C）に関連する成果としては，（B）の方法によって生成された軌道に対してロバストに追従制御を行うための制御器を提案した．これは二次計画法によって入力を計算する制御器となっており，入力飽和等の様々な制約を同時に考慮できる．また，GPRによって得られた外乱モデルと機会制約に基づき，外乱・不確かさをロバストに補償可能であることが特徴である．これらの成果については国際会議での発表および学術論文誌への投稿を行っている．