冗長双脚機構に基づく運搬用二足歩行ロボットの柔軟不整地歩行に関する基礎研究

基于冗余双足机构的双足运输机器人柔性凹凸行走基础研究

• 批准号: 12760174
• 负责人: 柴田 昌明
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Seikei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12760174/
• 关键词: 二足歩行ロボット; 冗長脚; 着地衝撃力; 非干渉統合制御; 重心位置制御; 外乱オブザーバ; 運搬用ロボット; 運搬機械; 林業; 冗長機構; 零空間; 衝撃力低減

運搬用二足歩行ロボットの開発のための基礎研究に取り組んだ.従来の二足歩行ロボットとは異なる冗長双脚機構を新規に導入し,そのための非干渉統合制御法を提案した点が本研究課題の特長である.この手法により,ロボット遊脚の着地時に生じる衝撃力が抑制され,着地面の剛性に影響されない安定な着地動作が達成された.従来の一般的な二足歩行ロボットは,片脚が股関節,膝,足首からなる3関節で構成される.このとき,腰位置に対して足先の位置と方向が決定されれば,片脚全体の姿勢も同時に決定される.一方,提案した冗長脚はそれ以上の関節数を有し,足先の位置と方向が決定されても脚は任意の姿勢を選択することが可能である.つまり足先が固定されても腿や脛の位置を変化させることができる.このことは,足先の位置・方向と脚の質量中心位置(脚重心位置)を独立して制御できることを示している.本研究課題では,(1)冗長双脚機構の実機製作,(2)非干渉制御則に基づく足先と重心の独立制御,(3)実機による遊脚着地時の衝撃力抑制,について実施した.(1)については,設計・製作・試験を実施し,さらに関節角制御に基づいて二足歩行を実現した.(2)については,計算機シミュレーションによる理論検証ののち,実機を用いて足先の位置・方向制御,重心のみの位置制御が実現できることを確認した.さらに,足先と重心のそれぞれの軌道生成に基づく動作試験により提案した制御則の有効性を検証した.(3)については,実機実験により,提案した手法の有効性を実証した.この中で,(1)冗長脚の導入により着地衝撃力を緩和することができる,(2)着地時に脚重心を制御することで着地衝撃力を一層低減させることができる,などの知見を得た.これらの成果を学術論文として公表し,良い評価を得ている.(柴田,他「冗長脚の適用による二足ロボットの着地衝撃力緩和」電学論D,Vol.122-D,No.2,pp197-198(2002))以上の様に,本研究課題では所期の目標を達成し,十分な成果を得ている.今後の発展的な研究開発のためにたいへん有用な知見を得ることができた.

Basic research on the development of mobile two-legged walking robot is carried out. The introduction of new rules for the mechanism of two legs in the future, the proposal of non-interference integrated control method, and the specialty of this research topic. The impact force generated when landing on the ground is suppressed, and the stability of the landing action is achieved. The common two-legged walking is composed of three joints: the thigh joint, the knee joint and the foot joint. The waist position and the foot position and direction are determined simultaneously, and the posture of the foot is determined simultaneously. The number of joints above is determined by the position and direction of the foot, and the position of the foot is determined by the position of the foot. The position of the leg should be changed from fixed to fixed. The position, direction and center of mass of the foot are independently controlled. This research topic is: (1) the mechanism of long double-legged mechanism,(2) the independent control of the center of gravity in the base of the non-interference control principle,(3) the impact force suppression of the landing of the swimming foot in the real machine, and the implementation of the mechanism. (1)Design, production, trial implementation, joint angle control, two-legged movement implementation. (2)In the process of computer simulation, the theory of computer simulation is verified, and the position, direction and center of gravity of computer simulation are verified. Today, the center of gravity of the foot is the basis of the orbit generation, the motion test, the proposal of the control principle and the performance test. (3)In the middle of the game, the machine is actually working, and the proposal is effective. (1) The introduction of long feet reduces the impact force of landing,(2) The center of gravity of feet is controlled when landing, and the impact force of landing is reduced by one layer. The achievements of this paper are published in public, and good comments are made on them. (Shibata, et al.,"Application of Long Feet to Ground Impact Mitigation," Electrical Theory D, Vol. 122-D, No. 2, pp. 197 -198(2002)). The future development of research and development of useful knowledge.

项目成果

M.SHIBATA, T.NATORI: "Deconpling COG Control for Redundant Biped Robot Based on Null-Space Disturbance Observer"IEEE Proc. Int. Conf. Industmal Elec, Cont, Inst. Vol.2. 800-805 (2000)

M.SHIBATA、T.NATORI：“基于零空间扰动观测器的冗余双足机器人的去耦合 COG 控制”IEEE Proc。

柴田昌明, 田崎剛, 名取猛: "冗長脚の適用による二足ロボットの着地衝撃力緩和"電気学会論文誌D. 122-D,2. 197-198 (2002)

Masaaki Shibata、Tsuyoshi Tasaki、Takeshi Natori：“通过应用冗余腿来减少双足机器人的着陆冲击力” 日本电气工程师学会汇刊 D. 122-D, 2. 197-198 (2002)