柔軟な全身型ヒューマノイドによる弾道学的歩容生成

全ての関節が空気圧人工筋によって拮抗駆動される全身型のヒューマノイドPneumat-BT（Pneumatics – Biped Twister）を開発し，弾道学的歩行生成のための制御方策を考案した．Pneumat-BTは，モータによって駆動される既存のヒューマノイドとは異なり，各関節が拮抗に配置された空気圧人工筋によって駆動される．そのため，完全に非駆動で振り子のような運動をする関節を実現することができ，ロボットの持つ動特性を利用した弾道学的歩行を実現することが可能である．一方で空気圧人工筋の制御性は非常に悪く，既存のロボットのようにその振る舞いを位置制御によってコントロールすることが難しい．したがってこれまでの制御の枠組みをそのまま適用して歩行を作り出すことができない．

図１全身型ヒューマノイドPneumat-BT

動特性を利用し，モータを全く使わないで坂道を下ることができる受動歩行については，近年研究的な興味が集まっており，さまざまな研究がおこなわれているが，それのらのほとんどは動きが二次元に限定され，上半身を持たないロボットに関する解析や実験が行われている．したがって，実際に人間と同等の環境で動作する全身型ヒューマノイド歩行に適用できるかについては，ほとんど調べられていないといってよい．特に重要なのはロボットに用いられるアクチュエータであり，ロボットで広く用いられている電磁モータを利用すると，受動性を有効に利用することが難しかったのが最も大きな原因であったと考えられる．

本研究では，全身が空気圧人工筋によって駆動されるヒューマノイドを開発し，運動を水平面，矢状面，前額面に分けて考え，矢状面内運動については，受動性を利用した弾道学的歩行を適用，水平面，前額面については安定性を確保できるように各関節の弾性を調整することによって，歩行を実現できることを実験的に示した．図２に矢状面内のパラメータ変化に対する姿勢の変化，図３に，足首の外転・内転筋への圧力と前額面内でのバランスを示す．ヒューマノイドの設計においては，歩行に適した動特性を持つように設計する必要があるが，本グループでこれまで開発されてきた上半身のない２次元ロボット，上半身のない３次元ロボットの設計を参考に，漸次的な設計方法を導入することによりこれを解決した．これらの研究成果は[narioka2008]で公表されている．

図２矢状面内のパラメータ調整法

図３前額面内の安定性の実験的検証