股関節トルクによる劣駆動ロボットのダイナミクスベースト2足歩行について

关于使用髋关节扭矩的欠驱动机器人的基于动力学的双足行走

基本信息

批准号：
16760211
负责人：
衣笠哲也
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Okayama University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は,効果的な歩行トルクとしての股関節トルクを用いた受動的歩行に基づくダイナミクスベースト歩行手法を開発し,シミュレーションおよび実験によりその有効性を検証することにある.今年度は,昨年度試作した実験装置Prototype Biped Emu-IV(PBEmu-IV)を用いていくつかのダイナミクスベーストに2足歩行を行った.これらの歩行は股関節が自由関節として運動するように支持脚側のモータを用いて胴体を一定姿勢に固定し受動的歩行を初めとする股関節トルクを用いない従来研究に基づく歩行手法である.我々は股関節トルクをどのように印可することが歩行にとって有効であるか調べるために比較的簡単にダイナミクスベースト2足歩行実現できるこれらの手法を導入した.しかし,実験による詳細な歩行データは存在しない.実験は,まず,両膝へsin波状の強制振動を与えることで2足歩行を実現した.得られた歩行は膝振動を入力,歩行角振動数を出力と見なすことで一種の周波数応答と捉えることができる.この考えに基づき,詳細なデータを解析した結果,膝入力の角振動数が歩行角振動数を決定すること,脚の固有振動数近辺で歩行が成立し,膝の角振動数によって歩行の振幅である歩幅が変化し,ある特定の振動数のゲインが高いことなどを確認した.これらの結果は,周波数領域でのロボットの歩行特性を定性的に評価できることを意味しており,従来,安定性のみが議論されていた歩行の評価方法に新たな観点を加えることができたと言える.さらに,従来研究で数値シミュレーションのみその実現性が示されていた遊脚の膝振動のみを用いた歩行にも成功した.また,この実験装置が緩斜面上で受動歩行を行うことも確認し,胴体の姿勢をPD制御により拘束することで受動歩行を含めたダイナミクスベースト2足歩行が実現された.今後,これらの知見を元に股関節トルクを用いてダイナミクスベースト歩行を実現する.

本研究的目的是开发一种基于髋关节扭矩作为有效步行扭矩的被动步行的动力学步行方法，并通过仿真和实验验证其有效性。使用Emu-IV（PBEmu-IV），我们在几个基于动力学的机器人上进行双足行走。这些行走动作是使用支撑腿侧的电机来执行的，以保持躯干处于恒定姿势，从而使髋关节自由移动这是一种基于传统研究的不使用髋关节扭矩的步行方法，包括固定被动步行。我们进行了一项比较研究，以研究如何有效地应用髋关节扭矩进行步行。我们介绍了这些可以相对容易地实现基于动力学的双足行走的方法。但是，还没有详细的实验行走数据。在实验中，我们首先通过对双膝施加正弦强迫振动来创建双足行走，可以认为获得的步态。作为一种频率响应，将膝盖振动作为输入，将步态角频率作为输出。基于这个想法，我们分析了详细的数据，发现膝盖输入角频率决定行走角频率，行走建立在腿部固有频率附近，步幅即行走的幅度，根据膝盖的角频率而变化，某一频率的增益较高这些结果意味着可以在频域中定性评估机器人的行走特性，并为传统上仅讨论稳定性的行走评估方法提供新的视角。此外，我们成功地仅利用摆动腿的膝盖振动进行行走，这在之前的研究中只能通过数值模拟实现。我们还证实该实验装置可以在缓坡上进行被动行走，包括基于动力学的双足行走。被动行走是通过使用PD控制约束躯干的姿势来实现的。将来，基于这些发现，我们将实现利用髋关节扭矩的基于动力学的行走。