JP2021516639A - 壁面でジャンプする片脚型ロボット機構及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
水平方向は、以下の通りである。
垂直方向は、以下の通りである。
トルクは、以下の通りである。
ただし、Nは、脚部が壁面をペダリングすることによってロボットの重心が受けた水平力であり、
は回転翼の動作による片脚型ロボット機構の重心への水平力であり、mはロボットの質量であり、
は片脚型ロボット機構の水平方向の加速度であり、fは脚部が壁面をペダリングすることによって片脚型ロボット機構の重心が受けた摩擦力であり、
は回転翼の動作による片脚型ロボット機構の重心への垂直力であり、gは重力加速度であり、
はロボットの垂直方向の加速度であり、Tは片脚型ロボット機構が壁面に対する足部のペダリングによって生じるトルクであり、
は回転翼の動作によって生じるトルクであり、Iはロボットの慣性モーメントであり、βは片脚型ロボット機構の角加速度である。
、
の値をリアルタイムに読み取る必要があり、さらに、足部7が壁面をペダリングすること及び回転翼の回転速度を調整することにより、
、
及び
の大きさを調整して、片脚型ロボット機構の重心に大きい垂直方向の加速度
及び小さい水平方向の加速度
を取得させるとともに、片脚型ロボット機構の機体のトルクのバランスを保持する。大腿3と小腿5が一直線にあるとき、胴体1が上向きに外向きに連続的に運動して、足部7が壁面から離れることになり、足部7におけるセンサが壁に接触する情報を検出しなくなり、このとき滞空段階に進む。
、
の値をリアルタイムに読み取る必要があり、さらに、回転翼の回転速度を調整することにより
の大きさを調整し、片脚型ロボット機構の重心に大きい壁面向きの水平方向の加速度
を取得させるとともに、片脚型ロボット機構の機体のトルクのバランスを保持する。滞空段階では、股関節2、膝関節4、足首関節6が協働して運動し、重力モーメントによる影響を克服する必要がある一方、垂直速度に応じて適切な足踏み位置を選択する必要がある。左上回転翼8、右上回転翼9、左下回転翼10及び右下回転翼11が加えられた壁向きの推力に合わせて片脚型ロボット機構を壁へ移動させ、足部7が壁面に接触してから、収縮段階に進む。
2 股関節
3 大腿
4 膝関節
5 小腿
6 足首関節
7 足部
8 左上回転翼
9 右上回転翼
10 左下回転翼
11 右下回転翼。
Claims (6)
- 壁面でジャンプする片脚型ロボット機構であって、ロボット脚部を備え、前記ロボット脚部の胴体には、複数の回転翼が固接され、複数の回転翼は、胴体に対して鏡像に配置され、且つ複数の回転翼の作動面は、互いに平行であること、を特徴とする壁面でジャンプする片脚型ロボット機構。
- 前記胴体の内部には、コントローラ及びジャイロスコープが取り付けられ、ジャイロスコープ及び複数の回転翼は、いずれもコントローラに接続されていること、を特徴とする請求項1に記載の壁面でジャンプする片脚型ロボット機構。
- 複数の回転翼の数は4つであり、それぞれ左上回転翼、右上回転翼、左下回転翼及び右下回転翼であること、を特徴とする請求項1に記載の壁面でジャンプする片脚型ロボット機構。
- 前記ロボット脚部は、順にヒンジ接続される胴体、大腿、小腿及び足部を備え、前記胴体と大腿とがヒンジ接続される箇所には、大腿が回転するように駆動する股関節が設けられ、前記大腿には、小腿が回動するように駆動する膝関節が設けられ、前記小腿には、足部が回動するように駆動する足首関節が設けられ、前記股関節、膝関節及び足首関節は、いずれもコントローラに接続されていること、を特徴とする請求項3に記載の壁面でジャンプする片脚型ロボット機構。
- 前記足部の底部には、摩擦係数が0.5よりも大きい材料が取り付けられていること、を特徴とする請求項4に記載の壁面でジャンプする片脚型ロボット機構。
- 請求項5に記載の壁面でジャンプする片脚型ロボット機構の制御方法であって、
この制御方法は、発力段階、滞空段階及び収縮段階の3つの過程に分けられるものであり、
壁面でジャンプする過程において、発力段階は、ロボットの足部が壁面をペダリングし、股関節、膝関節及び足首関節が能動的に動作する段階であり、発力段階において、片脚型ロボット機構は、壁面に圧力を与えること及び足部と壁面との摩擦力を利用することにより、片脚型ロボット機構に上向き及び壁面から離れる推力を提供し、この段階に、上下回転翼の異なる回転速度により機体へのトルクを提供することで、足部のペダリングによって機体に対して生じる外乱トルクをバランスして、機体のバランスを維持し、発力段階において、機体に取り付けられるジャイロスコープがロボットの姿勢及び速度情報をモニタリングして、さらに、足部が壁面をペダリングすること及び回転翼の回転速度を調整することにより、機体のバランスを維持し、
滞空段階は、ロボットの足部が壁面に接触せず、ロボット全体が滞空する段階であり、滞空段階において、ジャイロスコープによってフィードバックされたロボットの体勢に応じて、左上回転翼、右上回転翼、左下回転翼及び右下回転翼がともに協働して片脚型ロボット機構に壁面向きの推力を与えて、重心に壁面向きの加速度を取得させ、同時に、股関節、膝関節及び足首関節が協働して運動し、重力モーメントによる影響を克服する必要がある一方、垂直速度に応じて適切な足踏み位置を選択する必要があり、
収縮段階は、足部が再び壁面に接触してから、股関節、膝関節及び足首関節が壁に接触して被動的に収縮し、片脚型ロボット機構の重心が水平方向において減速する過程であり、収縮段階において、足部が壁面に接触すると、脚部が定められた限界点に圧縮されて発力段階に進むまで、ジャイロスコープのデータでフィードバックされたロボットの体勢に応じて、左上回転翼、右上回転翼、左下回転翼及び右下回転翼がともに回転速度を調整して、壁面の足部に対する衝撃によって片脚型ロボット機構の重心にもたらされるトルクをバランスして、機体のバランスを保持し、
このように繰り返すことによって、片脚型ロボット機構が壁面で連続してジャンプすることを実現できること、を特徴とする壁面でジャンプする片脚型ロボット機構の制御方法。
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