Adel論 序説

　今度芝浦の大会に出ることに決めました。以前もAdelの足の改修が進んでいることを報告しましたが、それに伴うモーションの変更も進んでいますので、そこらへんを文書で書いていきます。

　足のリンクについて・序

　すべてのモーションについて重要なのは、足である。二足歩行であるから、歩行による移動、バランスよい攻撃、などに大きくかかわってくる。最近の、ホビー二足では”平行リンク”よく用いられる。これの利点としては、まずサーボの数の減少である。ピッチ方向の姿勢の微調整は、できなくなってしまうが、それは自由度の減少であり、理論上回転方向のガタやぶれというものがなくなる。もちろん理論上であるので、フレームのたわみや、ギヤのバックラッシやリンクのガタは残る。しかし、ピッチ方向におけるモータのトルク不足による振動や、不安定感に関しては、著しい効果があるようである。
　だが、前方への移動等のモーションには前後への加速度運動となるので、ピッチ方向への振動が発生しやすい。そのため、多くのロボットは足首や、股間付け根の足のピッチにジャイロによる角速度のフィードバック安定化制御をしている。それにおいては、平行リンクは対応することができない。一部のロボットでは”独立ピッチ”という、足首や股間の付け根に軸を配置しているものもある。
　このことから、現在のホビー二足においては、シリアルリンクの足も残っている。シリアルリンクのロボットは平行リンクと違いたいていは空間6自由度を持っている。つま先立ちやかかとに重心を持ってくるようなことも可能である。フレームパーツ数が少なくてすむため、設計が簡単で充分な考察をすることができるし、フレーム自体の重量は減らすこともできる。しかし、シリアルリンクでは平行リンクのように拘束されないのでサーボのトルクの影響がもろに出てくるし、負荷がかかり続けるので、多くのエネルギーを消費する。それによって、サーボの保持性能によって足のガタ、目標からのずれが顕著になる。基本的にサーボモータというのは負荷を受ければ若干であるが偏差を持ってしまう。

　以上のようなことが足の設計では重要な要素となってくる。

　次に考慮しておかなければいけないのが、移動モーションの考え方である。基本的にホビー二足はRCサーボモータ（以下サーボ）を各関節アクチュエータとして用いる。つまり、全体の状況を考慮したモータのサーボ制御は基本的にはできない。それぞれが勝手に位置制御なりを行うことになる。
　つまりプログラムで命令してやるものは結局目標角度である。目標角度の離散データを単位時間当たりに命令していくことになる。その命令に対して、サーボは最大の出力を持ってその角度に行こうとする。よって、モデル化するのが簡単なのは運動学レベルである。サーボの応答速度がある程度判明しているなら、それの可能な範囲で、位置の変化を命令してやればいい。ということになる。したがって、単位時間ごとに行くべき足先の位置から、各関節角度の導出を行い、命令する。これにより歩行制御ができる。

　結果として、二足歩行ロボットには設計上のガタと、理論上の目標位置がどのような関係になるのか。という事柄でモーションの作りこみ具合が変わってくる。設計によっては、ガタが大きくなり、各関節に付き発生することになると足先の位置というのは、足の長さに比例してずれてしまう。たとえば足の長さが15センチ程度あるとして、股関節の角度が3度違うだけで、1センチ程度の目標位置のずれとなってしまう。これが、片足が浮いているときなどを考えると、両足支持時に比べ負荷を増え、そして浮いている足先の位置は地面についている足から考えると2センチ以上のずれが発生してしまうことになる。
　この程度のずれがどのようにモーションに影響するか。ROBO-ONEのレギュレーションによると、足裏の長さは、2キロ以上のロボットで、前後7センチ5ミリ、左右4センチ5ミリ、となる。これは目標位置に足裏の中心が来るように目標位置の設計してやった場合、片足浮いているときから、足を付く瞬間には足裏の外周あたりが目標位置になってしまうことがわかる。また、足裏の着地角度も6度以上のずれが考えられるので、床面からの足裏射影は0.5ミリ程度のずれが生じる。こうなると、着地した瞬間の目標位置は足裏外周から2ミリ中心へ移動したところとなる。こうなってしまうと、目標としていた、足幅や、移動速度と大きな差が生まれてしまう。

　このような諸事実から、ホビー二足の理論的な制御と現実の違いが陽に理解できると思う。すなわち、足リンクの設計によって、制御手法が決定されてしまうということ理解できるだろう。このことをよく考えながら、設計を進めてもらいたい。

• 二足
• CM(1)
• 2010/05/07 Fri.