非定常歩行特性を考慮した2足歩行機械の動的総合

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種々の歩幅に対応する足関節の運動を創成する可調整足関節軌跡創成機構および足部の足関節まわりの角運動を創成する足部駆動機構よりなる歩幅可変脚機構、ならびに歩行機械本体の角運動を制御するために腰部上で倒立振子を2軸まわりに揺動させる形式の姿勢制御機構により構成される試作2足歩行機械において、各機構で予見制御を取り入れたソフトウェアサーボ駆動系を構成して、その動特性を実験的に解析するとともに系のパラメータの最適化を行った。その結果、歩容の変更に伴ってアクチュエータに生じる負荷変動に対して鈍感であり、しかも位相遅れや定常偏差が極めて小さい優れた駆動系を得ることができた。つぎに、上述の試作機(質量50Kg、脚長439mm)が水平面上を種々の歩幅および歩行速度で直進歩行する場合について、歩行実験および歩行シミュレーションを行って、歩行時の腰部揺動角、足部の接地状態およびアクチュエータの駆動トルクを解析した。その結果、試作機は、歩幅215〜287mm、歩行速度15〜30歩/分の範囲での定常歩行、またこれに接続する歩行開始・終了、歩行中の歩幅の変更および歩幅一定のまま歩行速度の変更を行う種々の非定常歩行が可能であることが確認された。さらに、外乱にも対応できる姿勢制御システムとして、まず歩行機械の前後方向に作用する外乱モーメントに対処するために、腰部揺動角を検出して、この情報をもとに姿勢制御機構の倒立振子の前後方向の、揺動月角を調整するフィードバック制御系を構成し、その安定性を実験的に明らかにした。また歩行機械の左右方向および鉛直軸まわりに作用する外乱モーメントに対処するために、倒立振子をその支持軸まわりに不等速回転させることにし、新たにサーボ遊星歯車機構よりなるモーメント発生機構を開発し、その回転角と発生モーメントの関係を明らかにした。