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

开发能够模拟人类行走和跑步动作的双足人形机器人

基本信息

批准号：
13J05260
负责人：
大谷拓也
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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．

这项研究旨在使用与人类具有运动能力的人形机器人创建新的体育教练科学，并开发一个可以执行“行走”和“跑步”运动的两足机器人，从而模拟人体运动。在第一年，我们发现骨盆在前面的面值上摇晃可能有助于帮助启动地面并吸收地面上的着陆冲击。然后，我们设计了一种新的驾驶运动模型，包括骨盆，并通过对实际机器人的模拟和实验来验证其有效性。去年，根据人体测量数据和模型，我们开发了一个具有人类膝关节弹性的两足机器人。今年，目的是改善尚未活跃的踝关节。首先，我们对旅行时踝关节的行为进行了人体运动分析。结果，立场时的螺距轴显示高弹性，这被认为有助于高输出。此外，在滚动轴上，重心在脚下的粉红色球附近落在拇指球附近，然后再出现向拇指球变化，但是扭矩在脚踝的滚动轴上施加的扭矩非常低，因此，它可以认为，较低的关节刚性可以迅速复制地面地面。因此，我们开发了一种脚和踝关节机制，该机制可以模拟这些特征，并根据所需的规格获得了获得的关节扭矩数据。脚踝接头的螺距和滚轴是通过使用提高输出轴传输效率的蠕虫齿轮来驱动的，从而既可以弹性和主动驾驶。为了模拟弹性元素，我们使用了减少摩擦的CFRP分层叶弹簧，并设计了一种脚部机制，该机构在访谈围绕螺距轴周围的偏转并绕着滚动轴扭曲的地面时，可以追溯道路表面的运动，并开发出具有相同的链接比率和相似质量质量特征的脚和脚踝机构。评估实验已在滚动轴上与人类实现了类似的复制操作。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Joint Mechanism Coping with Both of Active Pushing-off and Joint Stiffness Based on Human

DOI：
10.1007/978-3-319-33714-2_27
发表时间：
2016-06
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Otani;K. Hashimoto;Takaya Isomichi;Shunsuke Miyamae;M. Sakaguchi;Y. Kawakami;Hun-ok Lim;A. Tak
通讯作者：
T. Otani;K. Hashimoto;Takaya Isomichi;Shunsuke Miyamae;M. Sakaguchi;Y. Kawakami;Hun-ok Lim;A. Tak

骨盤運動に着目した2足走行ロボットの開発(第1報 : 骨盤運動と脚弾性を活用した走行モデルの考案)

以骨盆运动为中心的双足跑步机器人的开发（第1次报告：利用骨盆运动和腿部弹性的跑步模型的开发）