ネコの筋骨格と運動制御を規範とした高運動性能小型四脚ロボットの研究開発

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本研究は，ネコ科の動物の筋骨格構造と運動制御を参考とした脚式ロボットの開発を目的とする．生物の身体のしなやかさに着目したロボットの機構設計と，それを前提とした運動制御によって，従来のロボットでは困難であった俊敏な動作の実現する．昨年度までに，ネコの後肢下腿に備わる特に重要な二関節間の筋腱複合体を搭載した脚機構を開発して，実証実験を行うための試作機を開発した．また試作機の動力学モデルに基づく運動軌道生成手法の基盤を開発した．そこで本年度はこの軌道生成手法を用いて，特に動的な運動の一例として垂直跳躍運動を取り上げて軌道の生成を行った．軌道生成にあたり受動機構やアクチュエータの動特性を含む動力学モデルを構築し，跳躍高さ最大化を目的とした最適化問題に置き換えて非線形最適化手法を用いることで，強い非線形性を有するロボットの跳躍軌道を生成することができた．この結果として得られた運動は，弾性要素を含む生物規範機構を活用した軌道になっており，開発した脚機構の効果が確認できた．また，生成された軌道を用いて，試作機で垂直跳躍実験を行った結果，シミュレーションのように生物規範機構の弾性要素が効果を発揮し，跳躍運動を実現することができた．さらに，ネコの後肢の上腿やつま先周辺の二関節間の筋腱複合体が脚のダイナミックな運動に寄与していることから，それぞれについて同様の機能を実現するワイヤ・プーリ機構と弾性要素を用いた機構を開発した．シミュレーションと実機実験を通してそれらの有用性を示した．脊椎まで含めた四脚ロボットの開発には至らなかったが，これまでに開発した生物規範型の脚機構と運動軌道生成手法を用いることで，従来のロボットを越える運動能力を持つ四脚ロボットの実現可能性が示せた．