計測自動制御学舎東北支部第162回研究集会（1996．7．19）
資料番号162−2

作業可能脚機構の構成

eslgnOfaLimbMechanismfb王BothUseofManlpulationand ■●Locomotion○上野置人■，大久保宏樹★，中野栄二＊
OUenoSumito■，0knboHiroki＋，NakanoE群＊東北大学大学院情報科学研究科中野研究室＊AdvancedRoboticsLab
GraduateSchoolofInformatio11Sciences，Tohok11University
キーワqド：移動（locomotion），肝腕競合（iIItegrationoflegandarm），多関節腕（articulatedarm），脚車輪ロボット（legandwheelrobot），コンプライアンス（compliance）
連絡先＝ 〒981扁台市青葉区荒巻字音集束北大学大学院情報科学研究科中野研究室
上野世人∴恥1∴（022）217−7025，R比：（022〕217−7023．E−mail‥u弧0むobotic8．iら．tOho加．ac．jp

1．緒言

ことによる協調作業の研究を行っている．

1．1 本研究の背景
ロボットの導入が待たれている分野に林業．

1．2 本研究の目的建設業などがある．このような産業でロボットが本研究では，不毛地で作業を行うロボットを取括擁するためには，不整地環境で移動と作業が行り壊う，え軽くてはならない．

不整地環境では，脚式移動がすぐれていると√不整地環境の移動を考慮すると脚式移動のロ考えられること，作業を行うには腕が必ず必要にポいが適していると考えられる1）．さらに作業なること，さらに経靖的なロボットの構成を目指を行う点を考慮するとロボットは腕を持つ必要が■すことから，脚が腕としても使用できるリムを設あ息．したがって，樫済性の面から脚と腕に区別 ■計する．不亜地での移動を容易に行うために各関の跨い機構を持つロボットが望ましいと考えられ

節はコンプライアンスを備え，かつ脚とLての使リンク機構を用いた足を6本装備しだ，MEL−用に耐え得る高トルクを発生する．また，腕とLMこれに関連した研究として，小谷内2）は6て使用するためにコンプライアンスを調整するこを は由度の足を6木偶えた作業歩行ロボットを複1NTIS と呼ばれるロボットを用いて，腕転用 考慮した脚棟構を提案している．また，木村3）
用意Lて，そのうち1台を人間が操縦するとができる．

−1−

2．作業可能不整地移動ロボット

またI前腕の長さ：上腕の長さ＝L：1−L，肘関節角を♂として肩から手先までを2自由度のマニピュレータとみなすと，その可操作盤4）は2」1 ロボットの構成

山＝L（1→L）卜sinβ†

ロボットは，2本の腕で作業しながら静的にとなるので，これを極大にするように前腕の長移動ができることが望まLいと考えられる．機構

さ二上院の長さ≧1：1とする．の複雑さヤ，重畳の増加を考慮すると実用的なリムの致は貴大で6本程度と考えられる．ロボット

2．3 移動方法の構成の代表的な例として，未知の不整地での移動はかなり困難である．不02リムで作業・4リムで移動（合計6リム）整地を移動する場合には．多くの外界センサと長い計算時間が必要になる．これでは移動に関する〔〕2リムで作業・2リム十2車簸で移動処理ばかりで不整地での作業まで及ばない恐れが（合計4リム2幸治）

ある・よって，不整地で作業をするためには，ロなボットが容易に不整地を移動できるような移動法避けるのと，6本のリムのすべてが腕として使えが必要になる．そこで，本研究では各関節と車輪る必要はないと考えられるので，4リム＋2草脊に適当な大きさのコンプライアンスを設けた移動の脚車輪型とした．また，脚事態型にすることで，

法「脚車籍パッシブ混合クロール歩容」与〕を用い本体の荷重と推進の大部分を車輪七支えることがる・この制御法は，一定の大きめのコンプライアでき，その結晃脚の負担が軽くなり，大きなアクンスを脚と車削二設け，その際移動時に発生するチュエータを必要とLない．

胴■体の小さな周期的揺動を許容するとしlうものである・この方法を用いると，ロボットが横械的に2．2 リムの辞計路面の外乱を吸収するため脚の計画軌跡を変え為

脚と腕の役割を比較し，その両方を満足する機ことなく路面の変化に対応でき，その結果，不整地構を検軒する（Tablel）．

を移動する際に多数の外界センサを用いた精密な韓境認識，軌道計画のための複雑な計算が不要に

Tablel腕と脚の比較
・ニ・
l 自由度
≡ワークスペナス
ロードスピード動作
l 器用さ

与〜7十グリッバ
広い（上にも下たも）

比較的小さい早い方が良い複雑
愚用な方が良いなる．

古址上

Lかし，あまりに大きすぎるコンプライアンス

狭い（下の叫大きい（本体支持．推進力）
早い方が長い・はリムの先の正確な位置決めを困掛こし，腕とし

単純
不昔用でも点いて作業を行うのには向かない．そこで，リムを腕・≡・−ヰ一章頁⊥として使用するためにはコンプライアンスを小さリムの構造や制御が複雑になるのを避けるたくする必要がある．そこで，各関節に調整可能な自由度は脚として機能するために最低限必要パッシブコンプライアンスを組み込むことにする．

3自由度とL，それで相応し切れない作業には2．4 コンプライアンス付割阻紡績構数のロボットで対応することにする．
リムの長さは，腕として機能させるためにワー脚とLて横能するには高トルクが必要であり，スペースを広くとれるよう胴体のあらゆる部位一般に各関節に高減速比のギアを設けなければな

手先が届くような長さにする．

らない．しかし，このタイプの関節ではパックド一2−

ライパピリティが小さくなり．ソフトウ・［アでコンプライアンスを 凰現するのは困難である．そこ

1二し卜び〕コンセナトで設計されたり∴を七山情汗r￣ip，・3にホす一で，二のことを．過り−るために各軋m凋掴「軋二間整■】■H巌なバソシブコンブライアンスむ軋丸みれ

高減速比かつ」・．ごi・iコンプライアンスをもつ関節鞘澗

を′夫射・・・る．この間揃俄肺にはPit−mらlりが堤某Lたノバ王を用いる．f．1り川1はl軒接リムの本体睾

「ril†Jl一っ2
l：一山腰リタメ、′てr一ス

ロー・ド
耶川￣lさリムの構成J‡〔】l・）r、′1リムコl軒端
広く（i・」ニも11・二も）リムと．軒垢￣〔−本性弓・・支え．推進できる

ごJンイウイアン右打調整てあム杵血判止＿＿＿＿＿＝二＿ニJ

は胴㍍され￣ごオぅらず，‖りJ軸にl■帖三されたカ岬一ホン［トノドと「．トノド亡二．差し込まれたスライダをイF・Lてリムにトルクを信連する．そ瑚祭丁口1ニノトに牛じるたわみがコン■ブライアンスとLて什川j￣る．
スライダぴ）位眉キ変化させることによr−・」てたわみ．．量が変化Lニコンブライアンスを一潤整することかできる（Fi打1さTT咄■封・Ⅰ−‡こ・∴ミ ー ∴3．実験機

iJj打lにl汀j子糾」のT■十ポノトをホす 二爪竜了ポノトu3「■＝仙臣・リリノ、を「卜1こと、それぞれ独1＝二巨芦］】1二1i島．」コンプライアンス掛虹）しくみ

帖￣■jる廿帖生2つ備えている、リム」．主上壬ノノ雄三否胴体♂」冊1明亡二配甚きか1車輪は≠冊．こ榊川］fリ∴と】j人♂〕口篭］L二j弓 ＝1■車ナ⊥」ノれ■rいる．缶】㌍拍11J・i．よび車嬬
は1：＝ニサ…ポモー爪

タて駆動きれる。′．品■畑土外打∴小l「〕供給され、トランプ、ピ∴−一夕を用巨−￣こ姫川封＃右イ、▲ニ、1ごi賃．2 コンプライ7ンス先斗機構

1J■i阜トi′」∴賦醗1鉦IJ1550（■短∠1．実昧と考察
最初はあまり抜描でない描墟，中細な作業を＿打象とLて，次のような ．に醍を子巨Jた．

4．1 斜面の登り上がり
TTiェー15▲‡一龍一fjこて1】り虹から．座紡L⊥1〔「（乃斜面キ岩1f・がトせ た紬f寸土キンJ三上コンLブライアンス与り∴き＃つにi勘ヒし■し∴車〕り；そL珊こ態て1■Flけtなどによるj耶J≠1調ほLなくとも†㌍り」が1｝ことか亡きた．ま／∴ ト仙か項目由キなり」■■がるまで勘拙≠出訂両軌跡に変更烏烏こコ
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Ⅰ二1i具．U 官吏り 卜がり㌍」′

4．2 対象物招い上げ
トi持，■rにり回付こ側面祀り本のリムで肘喜′両・二揖了＝Jている封■計物の拾いf＿けを行りた鈷来を亘￣ト
什某は人J甘がHうことキ前川1Lてい三三ユ／二転の」三瀬はて二−⊥7．ん操作で子」わメ＝㌧：＿Jンブライアンスを■いくL：ブいに設 ノi三j■ることで十三のリム

キ胱と‡＿／■てイ・川j j￣ろことができ．しドi打丁 対象物研い丁−げ

5． 結言

作業帖甘射拙闇裾引指針を′」こした。二1Lにより、不幣出での移動、什朴乃て・きエTり三∴ノ】∴k設計、製什Lた。さ⊥ちにそ町［jポ トキ川・∴」て的中な作業か寺】■えることキ王≡ilf一Ⅰノ上、／j、桂、ニホソトキ・川いて与らに律珊な不潔骨￣ぐれ指動とよ吊射lすこな什某を了j・行、■Jせエ十王であむ．

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Con七ml且ndSo氏wareStructuresofaHy−draulicsixrLegedMachineDe＄ignedforLo−
COmOtioninNaturalEnvironment，Proceed−ingsofthe1992IEEE／RSJInternational
ConfbrenceonInte11igentRobotsandSys−
tem8，July7−10，590／596J9g22）小谷内範軌 リム・メカニズムの研究 ，
日本ロボット学会誌，Vol・13，No・7，900／903，1995
3）木村軋 作業移動型ロボットの協調制御 ，
日本ロボット学会軌Vol．13，No．7，912／915，
1995ヽ 4）T．Ybshikawa， AnalisisandControlofRobot
ManipulatorswithRedumdancy，RoboticsResearcb，MITPress，19畠4
5）DaiY−J．，Naka．noE．，TakahashiT．and
Ook11bo H．：†IMOTION CONTROL OF

LEG−W‡IEEL ROBOT FOR ANl）NEX−PLOREDROUGHTERRAINENVIRON＿MENT，InternationalConftrence on Ad−

vancedRobotic畠，91 ／916，19 与． 6）PieroVel etri，中野栄二，The

Benefit呂Of

PaB＄iveComplianceonthePerformanceof

InteractiveTa8ksu8ingRobotManipulators

SICE東北支部第158回研究集会予稿集，7，，

1995−6¶