異なる力学系間の接続を利用した機械システムの機構系設計

本研究では「機構系設計時に動的特性を陽に取り扱い，設計の規範とする機構系の設計手法」の実現を目的として，受動劇動歩行動作における「異なる力学系間の接続を利用することで歩行動作を保証する機構系の構造・構成の設計法」の確立に取り組んでいる．具体的には，従来の設計手法では力学系の接続を利用する際に，計算機シミュレーション環境で受動的動歩行を行う中で試行錯誤的に機構系パラメータを変化させていたが，本研究では機構系パラメータ変化を理論的・定量的に決定する方法を明らかにするべく研究を進めている．従来の設計手法では，受動的動歩行での一周期の歩行動作が終了するまで機構系パラメータの変化の是非を判断することができなかったが，本研究ではパラメータ変化の規範として脚歩行動作の安定規範に多く用いられるZMP（Zero Moment Point）を採用し，歩行動作中のZMPとその二階微分項を設計規範とすることにより，歩行動作の周期毎ではなく動作中に歩行動作の是非の判断が可能となった．この手法を用いることで，歩行動作中の脚ロボットのパラメータ変化の是非を判断し，そのパラメータの精密な調整が行えるようになった．このようにZMPの二階微分項を評価規範とすることにより，受動的動歩行が可能なコンパス型の脚歩行ロボットから膝関節が付加された脚ロボットの設計，および上体の自由度が付加された脚ロボットの設計が可能となることを確認した．今後は得られた脚ロボットのシミュレーションモデルを基に具体的な機構設計を行い，実際の試作機を用いて歩行動作の評価を行う．

本研究では「機構系設計時に動的特性を陽に取り扱い，設計の規範とする機構系の設計手法」の実現を目的として，受動劇動歩行動作における「異なる力学系間の接続を利用することで歩行動作を保証する機構系の構造・構成の設計法」の確立に取り組んでいる．具体的には，従来の設計手法では力学系の接続を利用する際に，計算機シミュレーション環境で受動的動歩行を行う中で試行錯誤的に機構系パラメータを変化させていたが，本研究では機構系パラメータ変化を理論的・定量的に決定する方法を明らかにするべく研究を進めている．従来の設計手法では，受動的動歩行での一周期の歩行動作が終了するまで機構系パラメータの変化の是非を判断することができなかったが，本研究ではパラメータ変化の規範として脚歩行動作の安定規範に多く用いられるZMP（Zero Moment Point）を採用し，歩行動作中のZMPとその二階微分項を設計規範とすることにより，歩行動作の周期毎ではなく動作中に歩行動作の是非の判断が可能となった．この手法を用いることで，歩行動作中の脚ロボットのパラメータ変化の是非を判断し，そのパラメータの精密な調整が行えるようになった．このようにZMPの二階微分項を評価規範とすることにより，受動的動歩行が可能なコンパス型の脚歩行ロボットから膝関節が付加された脚ロボットの設計，および上体の自由度が付加された脚ロボットの設計が可能となることを確認した．今後は得られた脚ロボットのシミュレーションモデルを基に具体的な機構設計を行い，実際の試作機を用いて歩行動作の評価を行う．