運動学と動力学の拘束を受ける人間とヒューマノイドシステムの制御

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本研究では、運動学と動力学の拘束を受ける人間とヒューマノイドシステムの制御に関して、以下の3つの取り組みを行った。1.効率的計算アルゴリズムとしての階層的最小二乗法の設計2.加速度運動分解法における拘束条件の統一的表現3.動力学的拘束条件の考慮動力学的拘束条件のすべてのもの、すなわち、(A)劣駆動条件、(B)駆動トルク条件、(C)接触条件、(D)バランス制御の拘束条件、を線形方程式あるいは線形不等式で表し、これらを考慮した運動生成アルゴリズムとソフトウェアの開発を行った。ヒューマノイドロボットのソフトウェアとして実装し以下のように検証を行った。(1)ヒューマノイドロボットHRP-2の運動学、動力学モデルを用いて拘束条件ソルバーの検証を行った。8個の等式拘束条件、160個の不等式拘束条件をもち、各3個の式からなる2階層最少二乗問題とした。これらの線形問題の計算は10μsec以内で計算されており、200Hzでのヒューマノイドロボットの運動制御の計算の中に容易に組み込むことができることを実証した。(2)等身大ヒューマノイドロボットのインターラクションの状況を想定した運動制御の実装を行い、この中に本研究の成果を組み込んで検証を行った。30Hzで送られてくる衝突を含んでいるかもしれない参照運動軌道を、すべての拘束条件を考慮して実現可能なように修正し、制御のための500Hzの関節運動軌道として求めることができた。(3)QR Orthogonalizationなどの高速解法のプログラムと高速ロボットシミュレータとここで開発した階層的最小二乗法ならびに線形方程式・線形不等式拘束条件の解法を組み合わせることにより、すべてを統合した環境を構築しこれらを1000Hzのシミュレーションのサンプル時間で走らせることができることを検証した。ヒューマノイドロボットHRP-4に実装し、運動制御できることを確認した。