計測自動瓶胸埠会東北矧1 第 2包囲研安濃議~0l3.1025)

資料番号283‑
3

歩行パターンを用いない 5脚ロポットの全方向歩容
Omni‑
directionalWalkin
gforFive‑
LeggedRobotwithoutG
aitPatternO伊藤剛，小林洋介，井上健司

oTsuyoshiIto，yi
図 法e:Kobayashi， K町 giln
町田

山形大学
Yama
伊 包U
niv
ersityキーワード:脚ロポット白鴎ed‑
Robot)，全方向歩老町αnni‑directi∞alWa1也事)
連絡先:干9匁‑8510山形県米沢市城南牛3・16山形づ洋大学院理工学研究科応用生命システム工学専攻
e1&Fax:0238
曲2ι3335，B咽泊1:面倒尚訪町田瑚伊国L包 jp
井上健司， T

1. はじめに災害現場などの危険な場所でロボットが活動するためには，一台が高い移動能力と作戴包力を併せ持つ必要がある.そこで著者らは，高速安定な移動を行う 6脚モード，低所での 2腕作業が可能な水平 4脚 2腕モード，高所での 2腕作業が可能な垂直 4脚 2腕モードを切り替えることで高い作期防・移動能力を発揮する 6脚作業移動ロボットを開発している [1，23]. 水平 4脚 2腕モード
は，ボディを水平にして 4脚で歩行しJ 2腕で物体を把持・運搬するといった作業を想定している.
しかし，腕にカメラやセンサを取り付けて周囲の観察や構造物の検査を行うなどJ 1腕だけで十分な作業も存在する.その場合，残りの l腕を脚として用いJ 5脚で歩行することにより J 4脚 樹Tより高速安定な掛子が期待できる.
本研究では，新しく 5脚 l腕モードを提案し，予め決められた樹子パターンを用いずに，実時間で与えられるボディの指令速度に応じた 5脚の歩容を自徽句に生除する方法を提案する.

2. 6脚作業移動ロポット
開発中の 6脚作業移動ロボットを図 1に示す.
直方体のボディの下面四隅に 4本の脚を，上面の二隅に 2本の脚を配置している.脚の自由度は 3，8である.関節にはよってロボットの自由度は 1
ROBOTIS社のサ}ボモータ防nam
限 lRX‑64を使用した.外部のメインコンビュータでロボットの動作を生成し，有線の RS485を介して関節角指令値をサーボモータに送り，ロボットを

図1

6脚作業移動ロボット (6脚モード)

動かす[1，2].ロボットのサイズは，脚を水平に広4[mm]x82[mm]，重量は 5.
15f.
kg]
でげた状態で約 78.
5[V]を用ある.なお，ロボ ットは外部直流電源 1いて駆動する.

3. 5脚歩行3.
1 5脚 1腕モード
5脚 1腕モードでは，図 2のようにボディ上面のl本の脚を持ち上げて腕として用い，残り 5本で移動する. 1腕で作業しながら移動するには，作業を行う 1腕の動きから必要なボディ速度を求め，この速度を実現するように 5脚の歩容を生成すればよい.
必要なボ、ディ速度は，腕作業に応じて実時間で変化するため，予め決められた樹ヲパターンを用いる方法では，急な方向転換が難しい，想定していない状況に対応できないといった問題がある.そこで，桝すパターンを用いずに 5脚歩容を自律的に生成する方法を提案する.

図25脚 1腕モード

図45脚歩容法②(;支加速度①図35脚歩容法①3.
2 歩行パターンを用いない 5脚歩容桝すパターンを用いない 5脚歩容アルゴリズムを図 3‑7に示す.支持脚先端は，円形の可勤範囲内で動かす.なおこの歩容は 3本以上が支持脚となる静歩容である.支持脚を 3本以上とする
理由は，既に開発済みの 6脚歩行も 4脚歩行も支持脚を 3本以上としているので歩容アルゴリズ
ムの統一化を図ることができ，脚の樹嘩やモード変更に即座に対応できるためである.
①地面に対するボディの指令速度から， 3本の支).
持脚のボディに対する指命塞度を求める(図 3②各支持脚が可動限界に達するまでの時間を予).
測し，その最小値を乙とする(図 4③時間 Z後に可動限界に到達するように，遡即のボディに対する指令速度を求める(図 5).
).
@浦令速度で全ての脚を動かす(図 6@江ト⑤を市1胸周期で繰り返し，最初に司勤限界に達した支持脚を新しい遊脚とする.遊脚と隣り合わない脚 2本のうち，可動限界に達する時聞が短い脚をもう l本の遊脚として，遊脚と支持脚を切り替える(図 η.
なお，③の段階で，遊脚の指令速度が脚の最対恵度を超えるときは，比率を保ちながら全ての脚の指令速度を下げる.このとき，ロボットはー剛句に減速する.

《伊イ中⑦麟!@s
図55脚歩容法③d

第四

図65 脚歩容出~範囲

図75脚歩容法⑤4. 歩行実験4.
1 実験方法
すでに開発済みの 4脚歩行においても，樹ラパターンを用いない歩容アルゴリズムを採用している.この 4脚樹予では，一定の指制墓度が続くと一定の歩行パターンが生成されることが確認された問.そこで， 5脚樹予においても，一定の指令速度が続くと一定の歩行パターンが生成されるかを調べた.
5脚歩行， 4脚歩行それぞれについて，ロボ、ツトを同じ距離前進させた後，左に横移動させた.
途中で方向を変えるのは，例予に財Lを生じさせるためである.実験条件として，両歩行とも支持脚可動範囲の直径を 48[nnn]，ボデ ィの指令速度0[mmls]，制御周期付制 15[ms]を設定の大きさを 5した.また，遊脚の最大速度を指命志度の 2倍とした.
4.2実験結果
脚番号を図 8のように付ける. 4脚 柄 拘 実 験， 5胸b歩行の結果を図 10に示す.実結果を図 9に線の区間が支持脚，空白の区聞が遊脚を表す.図から， 4脚針子のときと同様に 5脚樹すの場合も，予め樹ラパターンを決めなくても，一定の指翁墓度が続くと一定の樹子パターンが生成されてい1ることがわかる.生成された樹子パターンを図 1に示す.この生成された歩行パターンは，全ての脚が 2回ずつ遊脚になっており，脚に偏りのない樹予となっている.

実験を行い，速度比率の平均を計算した結果， 4脚劉予が 0.
313，5脚掛予が 0.
491となり，遊脚最大速度を変えても 5脚歩行のほうが高速な樹予であることがわかった.
専用の 6脚以上の結果から， 5脚樹子は，針T劉予には及ばないが， 4脚歩行より高速安定な歩行が実現できているといえる.
6. おわりに樹予パターンを用いずに 5脚ロボットの全方向歩容を自衛旬こ生成する方法を提案し，その有効性を検証した.今後は，この方法を 5脚 1腕モードにおける作業移動に応用する.

参考文献[1] 井 上 大 江 3つのモードを切り替え可能な6脚作業移動ロボットの開発，ロボティク
ス・メカトロニクス講演会 2 8講演論文集
lA
1・E04，
2008.
[2]大江李，井上:6脚憎鯵動ロボットによる物体押し動作の角斬，第 27回日本ロボット学P
2‑02，20ω.
会学術講演会予稿集， l[3]伊藤，李，井上樹子パターンを用いなし、 4脚01
2年度精密工学会
ロボットの全方向歩容:， 2，春季大会プログラム&アブストラクト集 H69∞2012.

5. 樹す速度比較実験
5.
1 実験方法

図8，‑

直進

脚番号

左移動脚榔鵬蜘

5脚捌予において高速安定な樹子が実現できているかを調べるため，一定時間直進させたときのボディの衝す方向速度を求め， 4脚歩行と比較した.実験創牛は，前章の実験と同じ値に設定した.
5.
2 実験結果2，13は， 4脚新子と 5脚樹子のボディの進図1
行方向速度の変化を示している.ボディの速度は，指令速度に対する実際の速度の比率で表した. 4脚歩行と 5脚歩行は減速する場合があるため9 速0より小さくなることがありうる.一度比率は1.
方，滅塞を行わない 6脚樹子(トライポッド歩容)
0となる [1].図 12，13から、 4脚歩では，常にl.
行は常に減速を行なっているため，速度比率が1.0に到達しないのに対し， 5脚樹?は，減速を行なっているものの， 1.0 となる区聞が多く存在している.速度比率の平均を求めた結果， 4脚樹予が0.
57
9，5脚歩行が 0.
792となり， 5脚樹子のほうが高速に樹予していることがわかった.遊脚の最大速度をボディの指令速度と同じ値に設定して

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時間司郎e(l図94脚桝予の直進→左移動の実験結果

直進

左移動

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図105n椛阿すの直進→左移動の実験結果

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図124脚針予の速度変化

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図1
3

直進

左移動

図1
1

5脚歩行パターン

5脚樹子の速度変化

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