2脚で歩行するだけでも、ロボットには難しい

2脚で歩行するだけでも、ロボットには難しい

 

2脚移動ロボットにおける歩行について考えてみましょう。

 

まずは加速度の影響を考えなくてもいいくらい、ロボットがゆっくり動いている場合について考えてみます。

 

ロボットが直立しているときは、支持多角形の中にロボットの重心位置を床面に投影した点(重心投影点)が入っていれば、その姿勢は安定であり、例れることはありません。

 

しかし、歩き出すために片脚を上げて前に振り出すと、重心投影点が支持多角形の外に出てしまい、そのままの姿勢では倒れてしまいます。

 

倒れないようにするためには振り出した片脚を前方に着地させて支持多角形を広げ、その中に重心投影点が再度含まれるようにします。

 

この繰り返しによって2脚歩行が実現されます。

 

さて、加速度の影響を受ける場合を考える前に、ZMP(Zero Koment Point)という概念について説明します。

 

床面とロボットの足裏が接している場合、床面にはロボットの重量によって発生する重力か加わり、足裏には作用・反作用の法則に従って重力とつりあう大きさの床反力が加わります。

 

この床反力は足裏全体に分布していますが、その分布を床面と垂直な成分だけの力になるようにまとめた際の、その力の作用点をZMPといいます.

 

重心投影点が支持多角形の外に出そうになるとZMPも支持多角形の端に近づき、重心投影点が支持多角形の外に出てしまうとZMPは支持多角形の端と一致します。

 

このままでは倒れてしまいますが、ロボットを加速させて慣性力を発生させると、重力と床反力の間にあった作用・反作用の関係が、重力と慣性力の合力と床反力との間に働くようになり、床反力は重力と慣性力の合力とつりあうようになります。

 

慣性力を発生させてZMPか支持多角形の内部に収まるようにすることでロボットのバランスを取ることができます。

 

掌の上で棹を立て、棒が倒れそうになったらその方向へ手を動かして加速度を発生させることで、棒の姿勢を保つのと同じ原理です。

 

力覚センサを足裏や足首に取りつけて床反力を計測しZMPを求めることで、ロボットがバランスを保っているかどうかを確認することができます。

 

また、足裏や足首に力覚センサを装着して床反力を計測していると、床面の段差や凹凸を発見することもできます。

 

あなたは足元をよく見ずに階段を下りていて、もう段が無いと勘違いして段差を踏み外した経験はありませんか?

 

この場合、予想していた着地点よりも実際の着地点が下にあったために、床から受けるはずだった床反力を受けられずにバランスを崩してしまったのです。

 

力覚センサで実」祭の床反力の有無や大きさを測定し、予想される床反力の値を計算して両者を比べることで、段差や床面の凹凸を検出することができます。

 

自分では何も考えず、いわれたことだけを黙々とやることを「ロボットのようだ」といったりもします。

 

しかし、これまで見てきたように実際のロボットは、いろいろなことを考えなければ動くことすらままならないのです。

 


 

だから、歩くのがいいあなたの知らない健康茶ビタミン・ミネラル便利事典ドローンの時代