ハーネシングに着想を得た創発的動歩行制御-パルス化CPGを用いた適応的動歩行生成-

受利用启发的紧急动态步态控制 - 使用脉冲 CPG 的自适应动态步态生成 -

• 批准号: 07J09572
• 负责人: 大脇 大
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J09572/
• 关键词: 実時間適応的歩行生成; パルス化CPG; ハーネシング; 運動安定化と運動探索; マルチリズミックオシレータ; オンライン学習; モーションプリミティブ; 空気圧人工筋

本研究は,ヒトの歩行運動の発現原理を解明すると同時に,歩行ロボットの新たな設計原理を構築することを目指し,パルス化CPG(Pulsed-CPG)を用いた実時間適応性を有する歩行ロボットの実機による実現を目的としている.H20年度は,本研究で提唱するハーネシングに着想を得た歩行生成を実現するため,CPGを構成するオシレータモデルに立ち戻り再検討を試みた.特に,運動安定化機能のみならず運動探索機能に着目し,位相調整のみならず周波数調整をも可能なマルチリズミックオシレータモデルを提案した.既存のCPGを用いた歩行制御は,CPGの引き込み能力を活用したオシレータの位相調整による運動安定化についてのみ議論している.一方で,生物学的知見として,特殊なトレッドミル上に除脳ネコを置き一脚のみを異なる速度で歩行させても,対応する脚のオシレータの周波数を変化させ適した運動パターンを獲得することが確認されている.この実験が示唆するように,運動安定化だけではなく運動探索もCPGが具備すべき重要な特性である.CPGに運動探索機能をも実装することで,未知の環境下においても新奇な運動パターンを動きながら探索(学習)するオンライン学習(learning while moving)が期待できる.本研究では,一次元ホッピングロボットの跳躍運動学習を採り上げ,提案モデルの妥当性を検証した.シミュレーションの結果,(i)初期状態からの跳躍運動学習,(ii)ロボットの力学的特性(質量,バネ特性など)の変化に応じた自律的な発振周波数の調整(運動探索),(iii)定常状態から外乱を与えた場合に対する定常状態への復帰(運動安定化)の実現が確認された.この結果は,提案モデルがパルス化CPGとしての機能を十分満たしており,歩行ロボットの創発的動歩行制御を実現しうるCPGモデルであることを示唆している.

这项研究旨在阐明人类步行运动的原则，并为步行机器人建立新的设计原则，并使用脉冲CPG（脉冲CPG）实现实时自适应步行机器人。在2008年，为了实现这一研究中提出的利用启发的步行一代，我们回到了构成CPG的振荡器模型。特别是，我们提出了一个多节奏振荡器模型，该模型不仅可以调整运动稳定功能，而且可以继续进行运动搜索功能，还可以调整频率。使用现有CPG的步行控制是我们仅通过使用CPG的引进能力来讨论通过振荡器的相调整来讨论运动稳定。另一方面，已经确认，即使将骨猫放在特殊的跑步机上，并且只有单脚架以不同的速度行走，也已经确认，相应支腿的振荡器的频率被更改以获得适当的运动模式。正如该实验所暗示的那样，不仅运动稳定，而且寻求运动是CPG应该具有的重要特征。通过在CPG中实现运动搜索功能，即使在未知环境中，也可以搜索（学习）新型运动模式。这项研究介绍了一维跳跃机器人的跳跃运动学习，并验证了所提出模型的有效性。模拟结果证实（i）（i）从初始状态进行跳跃运动学习，（ii）响应机器人的机械性能（质量，弹簧特性等）的变化，对振荡频率进行自主调整，而当稳定状态施加干扰时，恢复了稳态（运动稳定）。该结果表明，所提出的模型足以实现脉冲CPG的功能，并且是CPG模型，可以实现步行机器人的新兴动态行走控制。

项目成果

Mechanical Dynamics that Enables Stable Passive Dynamic Bipedal Running-Enhancing Self-Stability by Exploiting Nonlinearity in the Leg Elasticity-

机械动力学，实现稳定的被动动态双足跑步-通过利用腿部弹性的非线性增强自我稳定性-

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Robotics and Macaronis 19
• 作者: 大橋祐美子;田中元雅;Dai Owaki
• 通讯作者: Dai Owaki

分子動力学法を活用した受動歩行シミュレータの開発

利用分子动力学方法开发被动步行模拟器

• 发表时间: 2008
• 作者: 大橋祐美子;田中元雅;Dai Owaki;大脇大;石田怜;坂井善行;大脇大;坂井善行;小山真理
• 通讯作者: 小山真理

受動歩行と受動走行の違いは何か?

被动步行和被动跑步有什么区别？

• 发表时间: 2008
• 作者: 大橋祐美子;田中元雅;Dai Owaki;大脇大;石田怜;坂井善行;大脇大;坂井善行;小山真理;Dai Owaki;大脇大
• 通讯作者: 大脇大

パルス化CPGを活用した二脚歩行ロボットの実時間適応制御

使用脉冲 CPG 的双足步行机器人实时自适应控制

• 发表时间: 2007
• 作者: 大橋祐美子;田中元雅;Dai Owaki;大脇大;石田怜;坂井善行;大脇大;坂井善行;小山真理;Dai Owaki;大脇大;石田怜;小山真理;石田怜;Dai Owaki;大脇大;松野善幸;Dai Owaki;Masatoshi Koyama;大脇大;Dai Owaki;Dai Owaki;大脇大;松野善幸
• 通讯作者: 松野善幸

筋群の協働的励起パターンに基づく制御系と機構系の連関様式に関する考察

基于肌肉群协作激励模式考虑控制系统和机械系统之间的相互作用

• 发表时间: 2008
• 作者: 石田怜;松野善幸;大脇大;西井淳;石黒章夫
• 通讯作者: 石黒章夫