生物規範型冗長多自由度ロボットの脚式歩行に関する研究

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本研究では,1台のロボットが多機能性を有することで高い移動能力を持つマルチロコモーションロボットシステムの実現の第一歩として,2足歩行及び4足歩行といった脚式歩行に着目し,各運動の制御系設計を行っている.本年度は,これまでの研究で提案していた2足歩行のロバスト性を向上させ,高効率かつロバストな3次元歩行の実現を試みた.まず,ロボットを倒立振子でモデル化し,Passive Dynamic Autonomous Control(PDAC)を適用することによりダイナミクスを自律システムとして記述した.次に,歩行のロバスト性を強化するため,両脚支持期を用いた3次元歩行制御を提案した.両脚支持期では,脚の着地直後の状態に応じて倒立振子の軌道が理想軌道の状態と一致するような倒立振子の軌道を設計し,新たな歩行アルゴリズムを構築した.提案された歩行アルゴリズムをシミュレーションによって検証し,両脚支持期によってロボットのダイナミクスが収束軌道に導かれることを確認した.さらに,遊脚伸縮運動を提案した.衝突を伴う離散状態システムとして歩行サイクルを記述し,その平衡点周りでのボアンカレ写像を用いて歩行の安定性を解析した.解析の結果,適切な遊脚伸縮運動を設定することで歩行の安定性を強化することが可能であることを示した.最後に,提案した両脚支持期および遊脚伸縮運動を統合し,実験的検証を行った.実験結果から,提案手法が高い安定性を有し,ZMPに基づく制御手法と比較すると高効率であるという結果が得られた.ZMPに基づく制御手法はバッテリーによる駆動時間が短すぎるといった問題があるため,効率のよい本研究の2足歩行制御手法が2足歩行ロボットにおける代表的な歩行制御手法となる可能性が示された.これらの研究成果を学術雑誌3件,国内外における学会発表5件,図書1件などに発表し,積極的に公表に努めた.