長時間稼働のための拘束解放可変機構を備えたヒューマノイドの身体設計と行動生成制御

人形身体设计和行为生成控制，具有可变约束释放机制，适合长期运行

基本信息

批准号：
15J08714
负责人：
野田晋太朗
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

29年度の成果は二つの方向性にまとめることができる。(1) 受動軸と能動軸を切替え可能な脚型ロボットの開発と (2) 準受動歩行生成制御ソフトウェアの開発と身体モデルパラメタ修正に基づく歩行行動実現である。(1) 両膝・太股関節ピッチ軸を能動軸と受動軸とで切り替え可能な拘束解放可変機構（クラッチ）を備える等身大脚型ロボットを開発した。ロボットは両脚12自由度を有し、根元の太股ヨー軸を除いてブレーキ機構も取り付けた。受動軸・能動軸・固定軸を切り替えることのできるロボットとして新しい試みであり本研究課題で示した準受動歩行に限らない受動軸を用いた応用に発展可能なロボットであると考えている。(2) 拘束解放可変機構を用いた歩行実現には二つの課題が存在した。一つは受動軸の動力学を考慮しつつ全身の関節を駆動することでバランスを維持する歩行生成器・制御器の開発である。開発したロボットは脚付け根の太股関節が受動軸となるため膝下の能動軸を用いて上半身を前後させ太股を駆動するという複雑な全身運動が必要となるものであり、順動力学シミュレーションと進化計算を組み合わせた方法により歩行モデルパラメタ生成を行うソフトウェアを開発した。さらに実ロボットでの行動実現で考慮すべき条件を実験を通じて追加していく作業も必要であった。もう一つの課題は実ロボットの歩行行動結果がシミュレーションと異なる問題である。シミュレーション空間での行動結果が現実に近くなるよう身体と環境のモデルパラメタを探索することで行動実現を達成した。準受動歩行時の単位移動量あたりの消費エネルギーは従来の膝を曲げた歩行と比べ5倍以上改善、最適化された能動歩行と比べて10%程度改善し拘束解放可変機構が省エネルギー歩行に有効であることが示された。完成したロボットと歩行実現についてはまだ論文発表が行えていないため、その準備が課題として残されている。

2017财政年度的结果可以在两个方向上总结。（1）可以在被动轴和活动轴之间切换的腿型机器人的开发，以及（2）开发半循环的步行生成控制软件，并根据身体模型参数修改实现步行行为。（1）我们已经开发了一种具有可变约束释放机制（离合器）的真人大小的腿型机器人，该机器人可以在膝盖和大腿关节的主动轴和被动轴之间切换。机器人的双腿都有12度的自由度，除了底座的大腿偏航轴外，还安装了制动机构。这是一种可以在被动，主动和固定轴之间切换的机器人的新尝试，并且被认为是可以使用不限于准假步行的被动轴开发到应用程序中的机器人，如本研究主题所述。（2）使用可变约束和释放机制实现步行面临两个挑战。一个是步行发生器和控制器的开发，该发电机和控制器通过驱动整个身体的关节来保持平衡，同时考虑了被动轴的动力。开发的机器人需要复杂的全身运动，其中腿部的大腿接头是被动轴，使用膝盖下方的活动轴向前和向后移动上身并驱动大腿。我们开发了使用一种结合前向动力学模拟和进化计算的方法生成步行模型参数的软件。此外，在通过实验实现实际机器人时，有必要添加其他条件以考虑。另一个问题是，实际机器人的步行行为结果与模拟的结果不同。通过探索身体和环境的模型参数来实现动作，以使模拟空间中的作用结果变得更接近现实。半通行过程中每单位行程消耗的能量是弯曲膝盖的传统行走的五倍以上，比优化的主动步行大约10％，这表明可变的约束释放机制对于节能行走有效。完整的机器人和步行实现尚未发布，因此准备仍然是一个挑战。