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傾斜面の歩行テストなど

ここのところ少し遊びすぎているので,今日はまじめにデータを取る.
姿勢制御とかを一切やらずに,ただパターン追従させただけの歩行で傾斜面を何度までなら歩行不能にならないか試した.その結果,
通常クロールでは5°(障害物高さ換算で130mm).間歇クロールでは10°(障害物高さ換算で260mm)
程度までは安定して歩けた.それ以上の傾斜になると以下の現象が起きる.
1.安定余裕がマイナスになり,遊脚開始時に胴体が傾く.
2.支持脚旋回軸にかかるトルクが増大し,胴体の駆動ができなくなり特定の脚がロックする.
3.1,2が複合することでましなケースではロボット全体が回転して,斜面に対してより倒れにくい方向へ向きが変わり,歩行としては継続する.しかし悪条件が重なったワーストケースでは転倒する.


これはまぁまぁ妥当な結果といえる.屋外での歩行を想定しても,260mmで安定ならばそこそこ歩けるフィールドは多いだろう.可動範囲300mmの設計指針としても,大きく間違ってはいないようだ.
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この記事へのコメント

- ヒルネスキー - 2008年08月03日 12:33:34

- moyane - 2008年08月04日 22:37:59

ヒルネスキーさん,こんばんは.
いや~どれも大変興味深いですね.2関節筋の「拮抗」作用というのが未だに理解できない鳥頭なのですが,
多関節ロボットの根元にいくほど大きなモータが必要になるパラダイムを破れる可能性があるということでしょうか.
だとしたらこれは画期的ですね.
骨格や筋肉の運動学をベースにした恐竜の歩行復元というのも実におもしろい.ロマン溢れるテーマですね.

- ヒルネスキー - 2008年08月07日 12:41:54

>>関節筋の「拮抗」作用
以下の文は、以前2ちゃんのスレに投下した物を少し改定した物です。
『ヒューマノイド工学 生物進化から学ぶ2間接筋ロボット機構』の自分なりの要約
現行の人型ロボットは間接ごとにモーターが配置されているが、
人間を含めた全ての陸上二足・四足歩行動物には隣り合った二つの間接を同時に動かす筋、
すなわち二関節筋が拮抗、対をなして存在している。
一関節筋は重力対応の為に生まれた筋であり、二関節筋は制御担当の為に生まれてきた筋である。
この拮抗二関節筋の存在こそが、ヒト特有の出力特性・制御機能特性をもたらしている。
実際に、拮抗二関節筋(型出力構造体)を装備し、協調制御理論に基づいて製作された基本ロボットで、
ヒトと同じ出力特性・制御機能特性を再現する事に成功した。
しかも現行の人型ロボットよりはるかに簡単な制御則でヒトらしい運動特性が得られたのである。
拮抗二関節筋は、陸上にて生活する二足歩行、四足歩行動物の全てに存在する。
両生類を始め、爬虫類、鳥類、哺乳類に至るまで、厳しい自然環境の中で
食いつ食われつの過酷な生存競争を戦っている彼らにとって、二関節筋は不可欠な存在となっている。
一方、魚類は二関節筋を持たない。
従って、現世の動物界に広く二関節筋が伝えられた理由は、
原始魚類が上陸を果たし、原始両生類へと進化した時点でそれを得、
又その制御に成功した為と考えるのが自然であろう。
動物が動物たるべきは運動にある。
その運動の制御の仕組みを生物進化史的に辿る事で、生体力学、生体工学の本来の姿を見極める。
本書はその魁の一石として世に問うものである。
上肢にも下肢にも存在する二関節筋は、その名の通り二つの関節にまたがって着いている。
従って、この強大な筋が活性化されて収縮する時、両端の関節は
否応なしに連携して動き、両者は独立して自由に動く事は出来ない。
機械系リンク機構を中心に使われている自由度の概念は適用出来ないのである。
拮抗二関節筋は両端の関節の拮抗一関節筋群と共に見事に協調した活動をする事によって、
ヒトや動物特有の出力特性、運動特性を実現しているのである。
現行の人型ロボットは脊髄機能を欠く為、フィードバック制御が不可欠であり、全ての動きを上位中枢で支配している。
最近(2005年)、上記構造・理論に基づいて製作した脚ロボットが跳躍着地運動に成功し、
実験室レベルでの理論的、実験的成果を実用的工業レベルで可能な事を実証してくれた。
この脚ロボットは出力方向を指示する単一の入力信号で跳躍し、
姿勢制御による安定した着地に、一切のフィードバック信号入力なしで成功した。
この事は、脊髄レベルの四肢筋活動レベル制御機能を機械的に構築出来る事、
すなわちLocomotionの中枢、CPG(用語説明が無い)を
脊髄レベルで構築出来る事を工学的に実証して見せたものである。
さらに、ヒトの並外れた運動特性も、一義的にはオープンループ制御で可能である事を実証したものである。
随意運動は上位中枢の支配下にあるが、BiCCOM
(二関節筋装備協調制御モデル)脊髄機能を介する事で初めてヒト特有の出力特性、制御機能特性を現し得るのである。
BiCCOMと上位中枢機能を如何に工学的に結び付けるかが今後の課題となる。
非常に失礼なお願いですが、歩行シミュのロボットに拮抗二関節筋機構を付加した状態でテストしてもらえませんでしょうか。
「果たして二関節筋の有る無しで本当に違いは出るのか、それとも出ないのか」という事を知りたいので……。

2関節筋 - moyane - 2008年08月07日 23:12:35

ヒルネスキーさん,コメントありがとうございます.
「ロボットに拮抗二関節筋機構を付加した状態でテストして」とのご要望ですが,申し訳ありませんが,ご期待に添えそうにありません.
シミュレータといえど実機に近いレベルの具体的なパラメータまでブレークダウンしないと動かないもので,1,2週間でパパッと実装できるレベルではありません.たぶんうまくできたら論文が書けそうなレベルと思います.
すみません,私は研究者ではなくてただのサラリーマン趣味人なので許してください.

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もぼなもな書房 - 2009年09月18日 09:40

ヒューマノイド工学―生物進化から学ぶ2関節筋ロボット機構

ヒューマノイド工学―生物進化から学ぶ2関節筋ロボット機構調べてみたらまさか本当にこの本が出てくるとは(笑)。自分の研究の発...

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もやね

Author:もやね
長野県在住の会社員(メカニカル・エンジニア).
ロボットは完全な趣味としてやってます.
E-mail:
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