撃力と自由運動を利用した歩行ロボットのハイブリッド制御

利用冲击力和自由运动的混合控制步行机器人

• 批准号: 17760353
• 负责人: 大塚 敏之
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760353/
• 关键词: 歩行ロボット; ハイブリッド制御; 自由運動; 対称性; 撃力; オンライン・シミュレーション

本研究の目的は,自由運動を積極的に利用した制御手法を確立し,できるだけ消費エネルギーの少ない歩行ロボットを開発することである.具体的には,両脚接地時のみ撃力による蹴り動作を行い,片脚支持の状態では何ら力を加えない,という制御手法を研究し,実機を開発した.まず,制御手法に関しては,非線形モデルを用いた数値シミュレーションを歩行動作中にオンラインで行い,最適な蹴り入力を探索するというフィードバック制御アルゴリズムを開発した.その結果,ある程度自由に初期状態を与えても,両脚接地の直前に支持脚をわずかに伸ばすのみで周期的な歩行運動を達成できることが確認できた.さらに,片脚支持の状態で腰部のジョイントにトルクを発生させることで安定性を増すことも検討し,シミュレーションによってある程度の効果が確認できた.より一般的な観点から,不連続性を伴うハイブリッド制御の理論や,オンラインで最適化問題を解くアルゴリズムについても研究を行った.歩行ロボットの実機に関しては,3号機の開発を行った.1号機は4脚構造でサジタル平面内に運動を拘束したが,2号機は二脚構造のため片脚支持期にラテラル平面内の運動(左右方向の揺れ)が生じ歩行の障害となる場合があった.その原因は構造上の微小なガタやたわみであり,構造の剛性向上が課題となった.そこで,3号機では構造と角度計測の機構を工夫し,曲げ荷重のかかる部分はできる限り可動部を排した一体構造とした.さらに,超音波モータによって支持脚を伸縮させるアクチュエータを独自に開発した.これは,片脚支持期に自重を支えるための消費電力を低減し,かつ,バッテリと計算機を搭載して12kgだった2号機よりさらに軽量化するためである.接地検出のためのセンサも脚部に埋め込み,軽量化と剛性向上を達成した.センサとアクチュエータの周辺回路も独自に開発し,動作を確認した.

を は の purpose, this study freedom movement actively に using し た を equestrian method established し, で き る だ け consumption エ ネ ル ギ ー の less な い step line ロ ボ ッ ト を open 発 す る こ と で あ る. Specific に は, struck feet grounded の み shock force に よ る tripped line り action を い, piece of foot support の state で は what ら を え / な い, と い う し を equestrian method research, be machine を 発 し た. ま ず, system method of equestrian に masato し て は, nonlinear モ デ ル を with い た the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を step in the action as に オ ン ラ イ ン で い, optimum な tripped り into force を explore す る と い う フ ィ ー ド バ ッ ク suppression ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 し た. そ の results, あ る degree freedom を に initial state and え て も, struck the feet grounded の way に support foot を わ ず か に stretch ば す の み で cycle な を step line movement reached で き る こ と が confirm で き た. さ ら に, piece of foot support の state で waist の ジ ョ イ ン ト に ト ル ク Born を 発 さ せ る こ と で stability を raised す こ と も 検 for し, シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て あ る degree の unseen fruit が confirm で き た. よ り general な 観 point か ら, not even 続 を with う ハ イ ブ リ ッ ド suppression の theory や, オ ン ラ イ ン で optimization problem を solution く ア ル ゴ リ ズ ム に つ い て も を line っ た. Step line ロ ボ ッ ト の be machine に masato し て は, 3 machine の open 発 を line っ た. 1 machine は 4 foot structure で サ ジ タ に movement を ル plane constraint し た が, no. 2 machine は 2 foot structure の た め amphipod support period に ラ テ ラ の ル plane motion (left and right の 揺 れ) born が じ step line の handicap of と な る occasions が あ っ た. そ の reason は structure on tiny な の ガ タ や た わ み で あ り, tectonic の rigid が subject upward と な っ た. そ こ で, 3 machine で は tectonic と Angle measuring の institutions を time し, qu げ load の か か る part は で き る limit り movable を bank of し た structure integrated と し た. さ ら に, ultrasound モ ー タ に よ っ て support foot を telescopic さ せ る ア ク チ ュ エ ー タ を に alone open 発 し た. こ れ は , foot support issue に self-respect を え る た め の low consumption power を し reduction, か つ, バ ッ テ リ と computer を carry し て 12 kg だ っ た 2 machine よ り さ ら に 軽 quantitative す る た め で あ る. Grounding 検 out の た め の セ ン サ も foot に buried め 込 み, quantitative と 軽 rigid を reach upward し た. セ ン サ と ア ク チ ュ エ ー タ 辺 loop も に alone の weeks 発 し, action を confirm し た.

项目成果

Hamiltonの原理に基づく軌道生成手法の制約付き問題に対する拡張

基于哈密顿原理的轨迹生成方法对约束问题的推广

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第5回計測自動制御学会制御部門大会資料
• 作者: 森田晋;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之

コンパス型歩行機械のオンライン探索による制御実験

指南针式步行机在线搜索控制实验

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第48回自動制御連合講演会講演論文集
• 作者: 小曳孝志;岡崎振一郎;角口謙治;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之

Nonlinear receding horizon control of an underactuated hovercraft with a multiple-shooting-based algorithm

• DOI: 10.1002/rnc.824
• 发表时间: 2003-03
• 期刊: 2006 IEEE Conference on Computer Aided Control System Design, 2006 IEEE International Conference on Control Applications, 2006 IEEE International Symposium on Intelligent Control
• 作者: Y. Shimizu;T. Ohtsuka;M. Diehl

Hamiltonの原理に基づく自然な軌道の計画手法-力学変数の変数変換-

基于汉密尔顿原理的自然轨迹规划方法-机械变量的变量变换-

• 发表时间: 2006
• 期刊: 計測自動制御学会論文集 42・1
• 作者: 森田晋;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之

オンラインシミュレーションに基づくコンパス型歩行機械の制御

基于在线仿真的罗盘式步行机控制

• 发表时间: 2005
• 期刊: 第49回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集
• 作者: 岡崎振一郎;小曳孝志;大塚敏之
• 通讯作者: 大塚敏之