研究内容人を支えるデジタルヒューマン

ヒューマノイドロボットの三次元オンライン歩行



研究概要
上半身や腕を含む全身を運動させながら動力学的に安定な二足歩行を行う運動の軌道生成をオフライン生成する問題を世界で最初に解決したのは早稲田大学のグループであった.しかし実環境で行動するヒューマノイドロボットは視覚などの環境認識に基いて適応的に行動を変える必要がある.そこで本研究ではこの問題をオンラインで解決することを目的とする.
一歩単位のオンライン適応システム
適応的に動力学的に安定な歩行軌道を生成するために階層型のアーキテクチャを提案する.本手法のポイントは数歩分の歩行軌道を生成し,一歩(あるいは数歩)を実行中に次の両脚立脚期からの歩行軌道を考えることにより一歩単位の適応性を最小限のレイテンシで実現する点にある.

<上記の例>   <階層的アーキテクチャによるオンライン適応的歩行システム>
ZMP規範の高速歩行軌道生成法
ZMP(Zero Moment Point)は歩行時の足裏でのモーメントの釣合い点として定義され,安定な歩行はZMPが足裏内に常に保った全身軌道を生成する問題であるとも言える.本研究では高速な歩行のための全身軌道の生成のために,体幹の水平位置とZMPが2階の微分方程式で表されることを示し,この関係を利用して足裏の指定されたZMP軌道を満たす体幹の運動を求める.

<ZMPの釣合い>  
ZMP位置: pcog
体幹位置: rcog
重心周りのモーメント:Mcog
総質量: mtotal
重力加速度: g
床反力: f
<エラー項を導入>
<導出されたZMPと体幹の位置の関係>

導出された微分方程式を三項方程式を利用して解くことにより高速に歩行軌道が求まる.H7を例にとると3.2秒の歩行軌道を約80msecで計算が可能である.

  <ZMPの初期軌道と目標軌道 および初期体幹軌道> <得られたZMPと体幹軌道>
前方







  <ZMPの初期軌道と目標軌道 および初期体幹軌道> 得られたZMPと体幹軌道
後方