筋骨格ヒューマノイドにおける剛性調節学習機構に基づくダイナミック動作の実現

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ロボットが人の生活環境で人の代わりに作業を行うためには,従来の自由度の低い高剛性のロボットでは難しい,外部環境との接触を伴ったダイナミックな動作を実現する必要がある.そこで,本研究では多自由度・機械的柔軟性を実現した筋骨格ヒューマノイドロボット『腱臓』を開発した.腱臓は機械的柔軟性を持たせるために全身に非線形バネ要素を内蔵し,各筋の機械的な剛性を調節できるようになっている.これにより関節に対し拮抗に配置した筋の機械的な剛性を調節することで関節の機械的剛性を調節し,従来の剛性の高いロボットでは対応の難しい衝撃を伴う動作においてもハードウェアを破壊することなく動作することが可能となった.また,特にロボットがタスクを行う上で重要な腕の可動範囲に大きく関与する肩関節において,腱臓ではより人間に近い動作・タスクを行える肩関節の構造を採用している.腱臓の肩関節機構は3自由度の肩甲胸郭関節を有し,肩甲上腕関節の動きと協調させることでより広い腕の可動範囲を実現している.また,開発した肩関節では腕と体幹が関節としてかみ合うのではなく,肩甲骨が筋によって支えられる構造とすることで,腕にかかる衝撃が体幹に伝わりにくくしている.このような複雑な肩関節機構では動作制御が困難になり,幾何モデルベースによる筋の長さ制御だけでは肩甲骨が体幹から離れてしまうなど適切な動作生成が難しくなってしまうが,幾何モデルによる長さ制御と同時に筋の張力を監視し,張力に応じて反射的に長さを調節するシステムを設けることで滑らかに動くようになっている.これにより,体幹を使ったドア開け動作や物体の持ち上げ動作など,全身を動かしながらの環境接触動作や衝撃を伴う動作をより積極的に行えるようになった.また,動作中に状況に応じて筋の剛性を自動で調節するシステムにより,状況に応じて高剛性にすることで姿勢のずれを抑制,または低剛性にすることで環境へのなじみ動作などを自動で調節することができるようになった.