人間型ロボット動作の最適化に関する研究

仿人机器人运动优化研究

• 批准号: 08F08816
• 负责人: 吉田 英一
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08F08816/
• 关键词: 最適化; ロボット工学; ヒューマノイド; システム同定; 時間パラメータ決定; 最適化; ロボット工学; ヒューマノイド; システム同定; 時間パラメータ決定

平成22年度は、前年度に基本アルゴリズムを構築した、倒立振子モデルに2次システムのモデルを適用した人間型ロボットのオンライン歩行パターン生成手法のコントローラを構築した。従来研究で用いられていた線形の倒立振子モデルに対して予見制御を適用する方法は、動的に安定な歩行生成に適しているが、実際のロボットとの質量分布の差異を、ダイナミクスを考慮した補償器により吸収する必要があった。そこで、このような補償を用いずに直接分布質量系を2次システムでモデル化し、動的に安定な2足歩行動作を導出することを目指す。昨年度構築した、非線形の2次システムに対して最適化手法を適用して目的軌道に追従する動的歩行動作をオフラインで導出する基本アルゴリズムを拡張し、オンラインで歩行動作を生成する手法を導出した。2次システム最適化の計算負荷を低減するため、現在の状態の近傍で2次システムを線形化することでこれを実現した。さらに、2次システムのサブシステムとして線形システムを構成し、2次システムとの誤差を制御により低減するオンライン動作生成システムも構築した。また、最適化手法の別の適用例として、人間型ロボットの実行可能性を考慮したオンライン動作パターン生成についても研究を行った。入力された歩行経路が、ロボットの脚や足どうしの干渉のため実行不可能な場合があるが、事前にこれらをすべて指定することは難しい。そこで、これらの干渉回避を最適化問題の制約として考慮し、これを2足歩行の遊脚軌道など緩和可能な他の制約より優先して、高速な線形最適化手法に適用することで、オンラインで実行可能な歩行動作を生成する手法を構成した。上記で構築した制御手法を、ヒューマノイドロボットプラットフォームHRP-2、人間の外観に近い形で設計されたヒューマノイドロボットHRP-4C上で安定して動作することを確認し、有効性を検証した。

2010年，我们为人类机器人建立了一个用于在线步行模式生成方法的控制器，该方法将2阶系统的模型应用于倒置的摆模型，该模型具有前一年的基本算法。将远见控制应用于先前研究中使用的线性倒摆模型的方法适用于动态稳定的步行生成，但是使用考虑动力学的补偿器，有必要吸收实际机器人从实际机器人中质量分布的差异。因此，在不使用这种补偿的情况下，我们旨在使用二次系统直接分布质量系统来模拟动态稳定的两体步行运动。我们已经扩展了基本算法，该算法使用优化方法将去年构建的非线性二次系统推导出遵循目标轨迹的离线动态步行运动，并得出了一种生成在线步行动作的方法。这是通过在当前状态附近的二次系统线性化来实现的，以减少二次系统优化的计算负载。此外，通过将线性系统构建为二次系统的子系统，并控制系统和二次系统之间的误差来构建在线操作生成系统。此外，作为优化方法的另一种应用，我们还对在线运动模式进行了研究，这些模式考虑了人形机器人的可行性。由于机器人的腿和脚之间的干扰，进入的步行路径可能无能为力，但是很难事先指定所有这些。因此，我们将这些干扰避免作为对优化问题的限制，并将其应用于高速线性优化技术，将其优先于可以放松的其他约束，例如两足式挥杆轨迹，并将其应用于快速的线性优化技术，从而创建可以在线执行的方法。上述控制方法被证实在人形机器人平台HRP-2上稳定运行，HRP-2是人形机器人HRP-4C，其设计为接近人的外观，并验证了其有效性。