外乱に対する姿勢制御特性を考慮した2足歩行機械の動的総合

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研究対象の2足歩行機械は足部の運動を創成する脚機構と歩行機械の動的安定性を維持する姿勢制御機構からなり,本年度の研究では外乱作用時の脚機構の反射運動の決定および姿勢制御機構の運動決定を行った.まず,歩行機械腰部上に振興方向に両脚支持期間終了時刻に瞬間的に比較的大きな外力が作用する場合について,外乱を検知して定常歩行運動から切換えて転倒を防止させる脚機構の反射運動パターンの決定を行った.すなわち,反射運動の目標歩幅を種々に変えてシミュレーションを行い,両脚支持期間終了時刻における歩行機械腰部の角速度の大きさに応じて反射運動の目標歩幅を段階的に切換えることで,次の両脚支持状態に遷移可能であることが確認された.そして,股関節および膝関節にアクチュエータをもつ2足歩行機械を試作し足部の接地状態と歩行機械腰部の角速度をもとに脚機構の運動パターンを迅速に選定する反射制御系を構成して実験を行ったところ,角速度に応じて反射運動の選定が適切に行われ,初期の両脚支持状態へ遷移した.つぎに,歩行機械腰部の左右方向軸まわりに作用する比較的小さな外力モーメントに抗して脚運動を変更することなく安定な歩行を維持するように,姿勢制御機構の運動決定を行った.すなわち,腰部上に搭載される姿勢制御機構を含めた歩行機械を,摩擦により歩行面と拘束される足部を有する下部振子と姿勢制御機構からなる二重倒立振子にモデル化し,下部振子の予め定められた姿勢角における角速度に応じた姿勢制御機構の運動のフィードフォワード情報を,足部と歩行面のすべりおよび駆動源の発生速度・発生力の制約条件を考慮して決定することを可能とした.二重倒立振子による実験により,その有効性が確認できた.