繰り返し順変換による歩行動作の創成

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(1)繰り返し順変換による歩行動作の創成著者著者別表示雑誌名巻号ページ URL. 片野泰知, 神谷好承, 関啓明, 疋津正利 Katano Taichi, Kamiya Yoshitsugu, Seki Hiroaki, Hikizu Masatoshi 精密工学会学術講演会講演論文集 2013 Spring T18 1103‑1104 http://doi.org/10.24517/00052933 doi: 10.11522/pscjspe.2013S.0.1103.0. Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止 http://creativecommons.org/licenses/by‑nc‑nd/3.0/deed.ja.

(2) Copyright Ⓒ 2013 JSPE. T18. 繰. 返し順変換によ. 金沢大学大学院. 〇片. 歩行動作の創成. 泰知，神谷好承，関啓明，疋津. 利. Creation of the Walk Operation Using the Solutions of Repeated Direct Kinematics Kanazawa University Graduated School. 〇Taichi KATANO, Yoshitsugu KAMIYA, Hiroaki SEKI, Masatoshi HIKIZU. Bipedal robot was made for the purpose of human aid. However, the traditional ability of walking can not be fully compatible with the step such as stairs. So, the model moves the center of gravity using the solutions of repeated direct kinematics. This way is to choose the inclination of the body closest to the target position when we calculate the position of the center of gravity that the model tilts the upper body only small angle(みΘ,0,みΦ), origin at the waist. The purpose is creating of the walk operation by addressing to correct posture sequentially in the vertical movement of the stairs.. 1. 諸言近，二足歩行ボッ研究い，動歩行を含坦路面歩行動作を取扱う多く，階段昇降動作対応歩行能力を生成研究あさいい．，本研究静歩行を前提，階段昇降い歩行動作生成を試．際要点，体全体心置移動を歩行中心考えあ，を中心二足歩行ボッ歩行動作開発を行う． 2. 歩行動作二足歩行主静歩行動歩行．静歩行，体心足裏投影点(GCoM:Ground projection of Center of Mass) 常足裏あう歩方あ．，心移動脚びを別考えい歩行動作あ．静的安定い歩行中姿勢停転倒い．動歩行，GCoM 足裏外うう歩行方法あ，歩行動作中安定い．本研究，静的安定性優い静歩行を選択，階段昇降を安定行う歩行動作を開発を目的．静歩行，一一動作を考え，階段昇動作を次うターン化，各動作あ動を考え．支持多角形(両足裏作 GCoM あ範 ) 中心あ心を支持脚側足裏移動．脚踏．傾いい体角を戻心を踏足裏移．(踏脚関節角 0ま近く ) 支持脚側あ心を前踏脚足裏移動以を繰返歩行動作を生成．. Fig1. Repetitive pattern of going up stairs 3. 繰返し順変換を利用した重心移動二足歩行動作い，最要動作体心移動あ．腰原点を置く XYZ 標を考え，腰を中心体を傾心移動を行う．体心 Z 軸方向向 l 置あ X 軸中心反時計回 θ回転さあ，Y軸中心反時計回 φ回転さ後心置を ( x, y, z) ．. 1 0  0  0. 計算式. 計算結果. cos  sin  0 0. 次.  sin  cos  0 0.  x  l sin    y  l sin cos   z  l cos  cos  . 0  cos  0  0 0  sin   1  0 う. 0. sin . 1 0 0. 0 cos  0. 示さ. ．. 0  0   x  0 0  y  0  l   z      1 1  1  ……(1). 本研究，体傾角心置を求順動学返逆変換を行い，腰を原点い標い要求さ心移動制御を可能手法を提．微小角い毎回姿勢を考慮，階段やあ路面姿勢を逐次修，対応．傾角 ( , ) 心置 (1) う示さ，あ傾角 (, ) を中心 ,  い微小移動を行わを考え．繰系案.           . え. 時作業．. 面内. ……(2) 微動 x, y, z. 近似的. 次. x  l sin(  )  y  l sin(  ) cos(    ) z  l cos(   ) cos(   ) . 中. , .   {,0, }    {,0, }. う. 与. ……(3). ， ……(4). い 3 通微動を与え．結果，体傾計9通微小角を，心置 9 通存在． 9 通心置目的置最近い傾角を選択．逐次う微動評価を繰返心置を制御あ，時用い微動 ,  大さ最終的置決精を決定わ．従 , 置決精向，繰返回数増え，微動 ,  を小さく必要あいえ． 4. シミューション結果 4.1. 制御モデ Fig3. 示うあ無質脚モを適用，歩行動作を行う．. 2013 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集－ 1103 －. ，体シュ. 質ーション.

(3) Copyright Ⓒ 2013 JSPE. T18.  r1 , r 2 ：Joint angle of the legs 2a ：Length of the sole of foot 2b ：Width of the sole of foot w ：Width of the feet h ：Height of the step of the stairs f ：Stride. L. l1.  r1. r 2. l2. z. z. a 2a. x. w. y b. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800. ※ 心現在置，目的置決定微小角を決. θr1 θr2. 60 40 20 0 -20 0. 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800. -40 -60 -80. Repeat count. Fig8. Inclination of the body. 4.2. 昇り動作昇動作い Fig1. 示さ〜，後脚を替え踏動作様子を示．流を Fig3. 示．中 ※ 右示う繰返順変換心移動を行う．. 傾. 10. -30. Fig2. Control model. 心移動足裏. 30 20. -10 0 -20. 2b. ※ 繰返順変換両足中心支持脚. Θ Φ. 50 40. Joint angle [degree]. l1,l2 ：Length of the legs link. 80. 60. Inclination angle of the body [degree]. L ：Position of the center of gravity. Repeat count. Fig9. Joint angle of the leg. 4.4. 降動作降動作い考え．昇動作大い，支持脚側心移動あ脚踏際，足目的置初期置い腰置脚到いあ．，脚を振状態支持脚を曲，脚を目的置到さを考え．様子を Fig10. 〜示．他動作昇動作同あ．4.2. 示昇動作同条件降動作心移動，体傾角，脚関節角を Fig11.〜13. 示．. 脚踏 9通. ※ 繰返順変換支持脚足裏踏. 移動候補を計算. 心移動足裏目的置最近い候補置を選択. 踏. 足関節角を0ま近置移動. 心足裏. 外. no 目的置？. ※ 繰返順変換心移動足裏外心を足裏中心. yes 心を目的置移動. Fig10. Repetitive pattern of going down stairs. Fig3. The flowchart shows the way of walking and the movement of center of gravity using the solutions of repeated direct kinematics. 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -1 -0.5 0 -1 -1.5 -2 -2.5. 10 8 6 4 2 0 -2 0. 200. 400. 600. -4. 800. 1000 1200 1400 1600. Repeat count. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Candidate position x of GCoM. 30 20 10 0. -10 0. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. -20 -30. Joint angle [degree]. Inclination angle of the body [degree]. Θ Φ. 40. 1400. Repeat count. 50 40 30 20 10 0 -10 0 -20 -30 -40 -50 -60. 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800. Repeat count. 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -1-0.5 0 -1 -1.5 -2 -2.5. Candidate position y of GCoM. x y z. 0 -2 0. 200. 200. 600. 800. 1000. 1200. 1400. Repeat count. 400. 600. 800. 1000. 50. 2. 3. 4. 5. 6. 30 20 10. Candidate position x of GCoM. 0 200. -30. 1200. 7. Θ Φ. 40. 8. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. Repeat count. Fig12. Inclination of the body 昇. Repeat count. 1. 400. -4. θr1 θr2. 4.3. 考察 4.2. 階段段差 h  2 ，歩幅 f  5 ，シューションを行．動作時見心 x，傾角  ，関節角挙動，支持多角形 GCoM 外繰返順変換を用い心移動、支持多角形内戻を繰返転倒を防いい見．段差高さや歩幅を変更各値う変化現検証． (h, f )  (5,8) 場い考え． 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 0 -4. 2. -20. Fig6. Joint angle of the leg. Fig5. Inclination of the body. 4. -10 0. Fig4. Displacement of the position of the center of gravity 50. 6. 2.5 2 1.5 1 0.5 0 -1 -0.5 0 -1 -1.5 -2 -2.5. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Candidate position x of GCoM. Fig11. Displacement of the position of the center of gravity. Candidate position y of GCoM. x y z. 8. Inclination angle of the body [degree]. 12. x y z. 10. Candidate position y of GCoM. ， L  l1  l2  10 ， a  b  1 ， w  2b ， h  2 ， f  5 心動，体傾，各関節角繰返回数関係を示．傾微小角 0.1[°] ．繰返回数 0〜109 回動作、110〜161 回動作，162〜535 回動作，535 〜1223 回動作を示．. 12. く異行う. 動作，わ. 1400. 50 40 30 20 10 0 -10 0 -20 -30 -40 -50 -60. θr1 θr2. 200. 400. 600. 800. 1000. 1200. 1400. Repeat count. Fig13. Joint angle of the leg. 比較，動作〜心降目立他動作昇動作比較あ変化い．，階段昇降動作い大心移動あ，心置制御を確実可能，簡単歩行動作を生成いえ．. 5. 結論歩行動作をターン化，繰返順変換心移動脚びを繰返行う階段昇降動作をシューション実証．今後動歩行応用や，脚質を持場歩行動作，外乱対歩行ボッ研究を進い．. 9. 参考文献 (1) 川恒夫，ボッ制御基礎論，コ社 (2) 梶田秀司，ューノイボッ，オー. Fig7. Displacement of the position of the center of gravity. 2013 年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集－ 1104 －. 社.

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