2足歩行ロボットの省自由度構成

摘要

2足歩行ロボットは通常，人間の脚の形を手本として構成している．これは，人間用に作られた都市空間内での移動は人間型のロボットが有利であるとの観点から考えれば，妥当なことである．しかし，ロボットを構成するアクチュエータや関節部材は，人間の骨や筋肉とは形態が異なり，その特性も異なるものである．そのため，既存のアクチュエータや減速器を使用することを前提とすると，人間を模倣した脚構成のロボットを作ることは必ずしも最適であるとはいえない．例えば，ロボットには人間にはないスライド関節を使用することができ，文献のように伸縮する脚の俊敏な動きを利用した動歩行を実現することも可能である．また，文献では，リンク機構によってアクチュエータを胴体に集中させ，さらに膝関節の屈曲方向が人間とは逆になっている．本論文では，2足歩行ロボットの機能面，すなわち歩行速度，歩幅，荒れ地や段差の踏破能力，バランス保持機能などから関節やアクチュエータの構成を考え，人間型に固執しない機械としての機能と性能だけを重視した設計法を論じていく．その一手法として，本論文では省自由度化による機能と性能の実現を論じる．歩行ロボットの設計において重要な課題は，軽量化である．文献では，軽量化のために搭載アクチュエータのパワー合計を最小限にする干渉駆動が提案されている．2足歩行ロボットでは，文献では軽量化のために新たなアクチュエータを開発したことが述べられている．文献では軽量なギアードモータを開発するとともに，樹脂材料の使用によって金属に比較して15％の軽量化を実現したと述べている．文献では胴体の軽量化のためにCFRPを用いたと述べている．文献においても，開発したロボットの特徴の一つに軽量であることをあげている．これらの軽量化には主に軽量なアクチュエータや減速器の使用，構造部材の軽量化などの技術が用いられている．本論文では，これらの技術と並んで軽量化のための一手段となり得るものとしてアクチュエータの数を減らすことを検討する．まず，歩行のために必要な最低限の自由度数を検討する．そして，その最低自由度数のアクチュエータだけを使用することを目標とした実際の構成方法について論じる．これらについて，実機の実験によって妥当性を検証する．