人間を模擬した歩行・走行運動が可能な２足ヒューマノイドロボットの開発

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本研究では，人間と同等な運動能力を有するヒューマノイドロボットを用いた新しいスポーツコーチング学の創出を目指し，人体運動を模擬した“歩行運動”と“走行運動”が可能な２足ロボットを開発することを目的とする．初年度は，人間の走行運動計測の結果から前額面における骨盤動揺が地面の蹴り出しの補助および着地衝撃吸収に寄与している可能性があることを発見した．そして，骨盤を含めた新たな走行運動モデルを考案し，シミュレーションおよびロボット実機での実験を通して，その有効性を検証した．昨年度は，その人体計測データおよびモデルを元に，人間のような膝関節弾性を有する２足ロボットを開発した． 本年度は，未だ能動化を実現できていなかった足関節部の改良を目的とした．まず，走行中の足関節の挙動について人体運動解析を行った．その結果，立脚時のPitch軸には高い弾性が見られ，これが高出力の発揮に寄与していると考えられる．また，Roll軸では足部の小指球付近で着地し，その後外反することで拇指球に重心が移るが，その間の足関節Roll軸での発揮トルクが非常に低いため，低い関節剛性で着地することで地面への受動的な倣いを実現していると考えられる．そこで，これらの特徴および得られた関節トルクなどのデータを要求仕様とし，これらを模擬可能な足部・足関節機構を開発した．足関節のPitch軸とRoll軸の駆動には出力軸の伝達効率を高めたウォームギアを用いることで弾性の発揮と能動駆動を両立させた．弾性要素の模擬には摩擦低減を施したCFRP重ね板ばねを用い，Pitch軸周りのたわみおよびRoll軸周りの捻れにより，面接地に伴う路面への倣い動作が可能な足部機構を考案し，成人女性と同リンク比・同程度の質量特性を持つ足部・足関節機構を開発した．評価実験により，Roll軸において人間と同程度の倣い動作を実現した．