特集
学生の研究活動報告−国内学会大会・国際会議参加記 19
ロボティクス・メカトロニクス
講演会 2013
畠
中
拓
海
Takumi HATANAKA
機械システム工学専攻修士課程
2年
（a）Photograph of robot
1．はじめに
Fig. 1
（b）Picture of
simulation model
Quadruped robot and simulation model
日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演
会 2013（ROBOMEC 2013）が 5 月 22 日∼24 日に
じである．
茨城県つくば市つくば国際会議上にて開催された．
ま た ， 実 機 体 を 基 に ， Open Dynamics Engine
私はこの講演会の 2 日目に「脚移動ロボット」と
（ODE）を用いてシミュレーションモデルを作成し
いうセッションで「馬型 4 脚ロボットの首振りによ
た．首 1，前脚 2，後脚 3 の計 11 個の部品に分けら
る歩容の安定に関する研究」という題目をポスター
れていて，それぞれの部品は直方体で構成されてい
セッション形式で発表した．
る．それぞれの部品に重心位置を設定しており，各
部品の質量も実機の部品質量を基に設定した．シュ
2．研究内容
ミレーションモデルの図を Fig. 1（b）に示す．
本研究では移動速度により歩容を遷移させエネル
ギー消費の最適化を行っている 4 脚動物に着目し，
4．脚先軌道の変更
なかでも最も効率の良いとされる馬をモデルにした
これまで本研究では，後脚の立脚期において，足
4 脚ロボットの研究を行っている．馬のリンク長比
先が接地面に対して一定の姿勢を保つような脚先姿
に合わせて製作された 4 脚ロボットの首振り動作に
勢をとっていた．しかし，4 足歩行動物が歩行する
よる歩行中の安定性を，シミュレーションを通して
際の接地面に対する足先の姿勢は変化し続けてい
胴体のピッチおよびロール角を用いて評価した．本
る．そこで，機体の制御についても地面に対する足
発表では，製作したロボットの概要，シミュレーシ
首の姿勢を変化させることにした．後脚は 3 自由度
ョンモデル，設定した歩行パラメータ，および首振
あるので，平面運動に於いて姿勢変更が可能であ
り動作の胴体の姿勢への影響について述べた．
る．今回採用した足先の姿勢の概要図を Fig. 2 に示
3．4 脚ロボットの概要とシミュレーション
モデル
製作したロボットの写真を Fig. 1（a）に示す．
す．
本研究でこれまで用いていた脚先軌道を Fig. 3 に
示す．Fig. 3 において，縦軸は脚の高さ，横軸は脚
の前後方向の位置を表す．そして，左側が進行方向
ロボットの胴体長さは 520 mm，横幅は 256 mm，
前脚長は 520 mm，後脚長は 580 mm，質量は 19.5 kg
である．前脚は肩，膝の 2 自由度，後脚は肩，膝，
足先の 3 自由度，首関節 1 自由度の合計 11 自由度
で構成されている．また，各関節に DC モータを
取り付け，4 足動物の関節に近い回転関節機構を用
いている．各リンクの長さの比は，馬の比とほぼ同
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Fig. 2 Schematic drawing of foot posture
in stance phase
Fig. 3
Fig. 4
Previous foot trajectory
Fig. 5 Roll（upper）and pitch（bottom）angles
with neck swing motion whose amplitude is 40
−60 deg
New foot trajectory
これらから首振り角度の初期位置が小さいと躓いて
である．
Fig. 3 の軌道は馬の脚先軌道を参考に作ったもの
しまうか，ロール角の変動が大きいと言える．
である．しかし，この軌道による歩行シミュレーシ
40 deg 以上では Fig. 5 に示すように，時間の経
ョンを行ったところ，歩行中のロール方向の傾きに
過に伴いロール角が減少・ピッチ角が増加する傾向
より遊脚が地面と接触してしまうことがわかった．
にあり，長時間の歩行の安定が見られた．しかし，60
そのため，支持脚期間が終わったらすぐに足先を上
deg∼80 deg や 70 deg∼90 deg では，一度減少した
げる軌道になるよう足先軌道を変更した．変更した
ロール角が再度，増加し始め歩行が不安定になっ
足先軌道を Fig. 4 に示す．これにより，躓かずに歩
た．このことから，本研究で用いた脚先軌道の場
行が可能になった．
合，首振りは 40 deg∼60 deg の間で行うことが良い
と考えられる．
5．首振り動作の影響
4．で述べたことは，短時間の歩行には有益だっ
6．おわりに
たが，長時間になると，途中で躓いたりして歩行不
発表はポスターセッション形式で行われ，私の発
可能な場合が多かった．このため，首振り動作によ
表は 2 日目の 22 日，時間は 11 : 30∼13 : 00 の後半
り長時間の歩行が可能かどうかを調べた．
である 12 : 45∼13 : 00 だった．
しかし，首振り角度を 10 deg としたところすぐ
私は，学外での発表は初めてだったので，緊張し
に転倒してしまった．そこで，次に 20 deg の振幅
て上手く説明できなかったり，質問に対して明確に
で首を振ることとした．首振り角度の振幅は 20 deg
回答できなかったりしたこともあった．また，他の
として，首振りの絶対角を変えて，胴体のロールお
発表者のように機体やシミュレーションの動画を用
よびピッチ角への影響を調べた．まず，0 deg∼20 deg
いたらもっとわかりやすく説明できたのではないか
の低い位置での首振りでは，ロール角の変動は大き
と感じた．
いが，ピッチ角の変動は小さかったが 577 s で転倒
今回，ロボティクス・メカトロニクス講演会 2013
した．10 deg∼30 deg では，ロール角はほぼ変わら
参加し自分と同じ分野である移動型ロボットの研究
ないがピッチ角の変動が大きくなった．20 deg∼40
をされている方の発表を見て刺激を受けた．また，
deg では，ロール角の変動が若干小さくなったが，
それまで興味の無かった分野の研究を知ることで新
ピッチ角の変動が時間と共に大きくなっていった．
しい発見をすることができた．講演会への参加で得
30 deg∼50 deg では歩行後すぐに転倒を起こした．
られたことを，今後の研究に役立てていきたい．
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