多様な受動的力学相互作用に基づく歩いて走れる2足ロボットの開発

本年度は，統合2足ロボットにおいて身体構造を歩行・走行実験を通じてほぼ確定した．まず，筋シナジーを考慮したコア筋群として，2関節筋である腓腹筋，膝伸展筋の広筋（膝蓋骨を模擬），および足部（アーチ構造の多関節）背屈筋の前脛骨筋等を選定し，強靭なバネ付ワイヤおよび空圧アクチュエータを設置した．特に，広筋に導入した予備緊張バネは，着地前の身構えとして重要でだった．また，股関節伸展筋である大殿筋は，最終的にバックドライバビリティが高いBLDCサーボモータを採用し，屈筋である腸腰筋は弾性体とした．さらに，体幹部に揺動慣性を搭載した．また，脊椎を簡略化した4段構成とし，椎間板を模したゲルによって適度な粘弾性を実現した．さらに，脊椎の前後左右4箇所に，最上段から骨盤までを貫く形で4本の引張バネ付ワイヤを配置し，バイオ・テンセグリティとして，しなりなどを許容しつつ剛性を高めた．2足ロボットによる実験では，ヒトアシスト下ではあるが，トレッドミルおよび屋外の多様な環境で時速10km以上での走行ならびに時速3kmでの歩行を達成した．走行では，従来の浮いた走りから体重をしっかり乗せた走りへと進化させる中で脚機能強化を施し，垂直・水平床反力共にヒトに近づいた．特に，水平床反力では，制動力から推進力へと切り替わるタイミングおよび推進力の大きさがヒトと同等になった．一方，歩行では，大腿二頭筋長頭の作用が起点でリンク間の相互作用がわずかずつ変わり，他の受動要素も含めて脚全体で本来の機能が発現し，歩容全体において質的な変化が現れた．その結果，腿・関節の角度変化がヒトにかなり近づいた．

本年度は，統合2足ロボットにおいて身体構造を歩行・走行実験を通じてほぼ確定した．まず，筋シナジーを考慮したコア筋群として，2関節筋である腓腹筋，膝伸展筋の広筋（膝蓋骨を模擬），および足部（アーチ構造の多関節）背屈筋の前脛骨筋等を選定し，強靭なバネ付ワイヤおよび空圧アクチュエータを設置した．特に，広筋に導入した予備緊張バネは，着地前の身構えとして重要でだった．また，股関節伸展筋である大殿筋は，最終的にバックドライバビリティが高いBLDCサーボモータを採用し，屈筋である腸腰筋は弾性体とした．さらに，体幹部に揺動慣性を搭載した．また，脊椎を簡略化した4段構成とし，椎間板を模したゲルによって適度な粘弾性を実現した．さらに，脊椎の前後左右4箇所に，最上段から骨盤までを貫く形で4本の引張バネ付ワイヤを配置し，バイオ・テンセグリティとして，しなりなどを許容しつつ剛性を高めた．2足ロボットによる実験では，ヒトアシスト下ではあるが，トレッドミルおよび屋外の多様な環境で時速10km以上での走行ならびに時速3kmでの歩行を達成した．走行では，従来の浮いた走りから体重をしっかり乗せた走りへと進化させる中で脚機能強化を施し，垂直・水平床反力共にヒトに近づいた．特に，水平床反力では，制動力から推進力へと切り替わるタイミングおよび推進力の大きさがヒトと同等になった．一方，歩行では，大腿二頭筋長頭の作用が起点でリンク間の相互作用がわずかずつ変わり，他の受動要素も含めて脚全体で本来の機能が発現し，歩容全体において質的な変化が現れた．その結果，腿・関節の角度変化がヒトにかなり近づいた．