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二足歩行ロボット 二足歩行ロボット研究の目的
ロボットの語源はチェコの作家カレル・チャペックの『RUR』という1921年に出版されたSF小説に出てきたロボットという名の人造人間である。この小説ではロボットは奴隷として描かれており、ある日人間に反抗し人間の殺戮を開始する、というストーリーである。原典での描写に従えば、ロボットとは人間に危害を加える人造人間の奴隷ということになる。ハリウッド映画に出てくるロボットの多くが、この原典でのイメージを引き継いでいるのは理解できるだろう。
また、英語、ドイツ語、スラブ語派などでは、rob-はいい意味の綴りではないことも、文化的背景としては留意すべき事項である。(例 英語 robber:強盗、泥棒、加害者 rob:奪う、スラブ語派 強奪する раб:奴隷 работа:労働)
日本におけるロボット研究においては、からくりとの文化的なつながりが複数の識者により指摘がされている。また、『鉄腕アトム』や『ドラえもん』といった漫画・アニメ作品で描かれたような、人間と共に、また人間と同じように活動するロボットへのあこがれが、日本でヒューマノイドや二足歩行ロボットの研究が盛んである理由の一つとの指摘する人も多い。実際、そのような意見を述べるロボット研究者は少なくない。
二足歩行ロボットは、以前から日本の技術の高さと独自性が内外から評価されつつも、未だ産業化とは程遠い状況である。二足歩行ロボットのような新技術の実用化には、天才による画期的な発想ではなく、失敗を繰り返しそれに学ぶ地道な改良が必要で、大規模な資本投下と足の長い開発が欠かせないことが指摘されている。
HRP-2を開発した川田工業は無人ヘリコプターの開発で獲た制御技術を応用しているなど、航空機の制御技術とは密接な関わりがある。
二足歩行ロボットの制御技術はパーソナルモビリティやパワードスーツとも共通し、例としてホンダのU3-Xや体重支持型歩行アシストはASIMOの制御技術を応用している。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットの歴史
二足歩行ロボットが工学の研究対象となったのは1970年頃からである。当初は倒立振子（とうりつしんし、en:Inverted pendulum）の延長上の技術として考えられており、その方面からの研究アプローチが盛んに行われた。倒立振子とはスライダ（直動機構）上に逆さに置いた振子の制御モデルのことである。振子が倒れないようにスライダを制御する。これはPID制御で比較的簡単に倒れないように制御することができた。2重倒立振子、3重倒立振子も成功例が報告された。人間の足は4重倒立振子モデルとして考えることもできるので、倒立振子モデルを研究していけば、いずれ2足歩行の制御が可能になると考えられていた。
人間の足に見立てた4重倒立振子モデルを、歩行になるような拘束条件を与え運動方程式を解くと、各関節の制御量が得られる。歩行パターンとよばれるこの動作を実際のロボットに入力して動かせば、理論的にはロボットは歩くはずである。当時の計算機の能力からリアルタイムで歩行パターンを生成することが出来なかったので、あらかじめ歩行パターンを計算しておいた。それゆえ、この歩行制御法はパターン歩行と呼ばれた。
しかし、当時のモーターや構造材が貧弱で、実際に動かすと理論と現実の相違が激しく、この方法は失敗に終わった。ロボットの状態をリアルタイムで検知し、ある拘束条件のもとにフィードバックする必要があった。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットの歴史
1980年頃からさまざまな拘束条件や制御方法、ハードウエアが研究され、その後主流になったのはZMPを軌範とする歩行である。
ZMP理論に基づく2足動歩行は早稲田大学の加藤一郎と高西淳夫によって開発されたWL-10RDにより、1985年に実現された。早稲田大学のグループを除くと、1970年代から1990年代半ばまでZMPはあまり注目されていたわけではない。しかし、今日ではホンダのASIMOをはじめ完成度の高い2足歩行ロボットのほぼ全てが、ZMPを用いた軌道生成と制御を用いている。
ロボットの研究が進み、アクチュエータや構造材が進歩しても、人間のような歩行を行うロボットはなかなか実現しなかった。人間の歩行の研究やロボットの歩行実験が繰り返されていくうちに、上半身の作用が極めて重要であることが再認識されてきた。
当時の歩行ロボットは人間の腰から下を模倣したものがほとんどで上半身は省略されていた。上半身の重要性はZMP理論の提唱者であるブコブラトビッチ(Miomir Vukobratović)の時代から指摘されていたが、当時のモーターや減速機は貧弱だったので脚機構以外の部分が極力省略されることが多かった。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットの歴史
パターン歩行にしてもZMPにしても位置制御が基本となるので、足首にもアクチュエータが必要になる。そのため末端重量が大きくなり、各関節のアクチュエータは強力で大きなものにならざるを得ない。構造材も当然重くなる。腰から下だけのロボットが片足を持ち上げると、それだけでロボットの質量の半分以上が動くことになる。したがって歩行時の重心の位置変化が激しく、安定領域の狭い制御の難しい制御系になっていた。ブルブルと振動を起こして転倒するロボットが大半だった。
また、末端重量が大きいので、遊脚を振り上げたときの反動が無視できなかった。遊脚を持ち上げてから蹴り下げ始める時に、スキーで言う抜重のような状態になり、軸足の床面との摩擦が少なくなる。摩擦が少なくなると軸足が滑り易くなる。パターン歩行にしてもZMPにしても軸足が動くというのは想定外であるし、想定したとしても検出できるセンサーがない。軸足が少しでも滑るとあっという間に転倒してしまった。重たい脚を動かすには、上半身の動作で常に動的バランスを補償する必要があった。
なお、アクチュエータの性能が良くなった現代では、上半身が無くても歩行は実現できる。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットの歴史
早稲田大学理工学部の加藤一郎が率いた研究グループは二足歩行ロボット研究の草分け的存在である。1960年代からロボットの研究を始め、製作したロボットにWABOTという愛称を付けている。1985年に、WABOTの11号機である、WL-11でヒト型二足ロボットでパターン歩行で動歩行を実現した。1.5秒/ステップのゆっくりとした歩行である。歩行を始めるとき、制御装置を積んだ大きな太鼓腹が音を立てて傾く。はじめから意図したのか不明だが、上体の動作で遊脚の反動を打ち消していたと推測される。
1986年、この研究グループが、より積極的に上半身の作用を利用するために、上半身に見立てた大きな重りを二足歩行ロボットの腰部の上に取り付けた上体補償型二足歩行ロボットWL-12を製作した。重りはダンベルの様なもので、前後左右に振ることが出来た。見た目はともかく、そのロボットは非常に滑らかな歩行を実現した。階段も昇り降りすることが出来た。この研究成果により、二足歩行ロボットの歩行には上半身の働きが極めて重要であることが証明され、それ以降開発される二足歩行ロボットには上半身が付くことが主流になっていく。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットの歴史
1996年、自動車メーカーのホンダがヒト型ロボットP-2を発表した。何よりもそのシステムとしての完成度の高さに当時の研究者は驚かされた。まず、外部につながるケーブルが無く、自律制御が可能だった。視覚センサを持ちマークで示した経路を自分で判断して歩くことが出来た。しかも、腕に見立てたマニピュレータを持ち人間の姿に似ていた、などの点が斬新だった。ホンダが二足歩行ロボットの研究を行っていたことは特許公報などで断片的に知られていたが、これほど本格的に行っていることは知られていなかった。そのためP-2の発表は研究者たちにも一般社会にも非常に大きなインパクトを与えた。これ以降歩行ロボットの研究が一気に一般化し、さまざまな企業が二足歩行ロボットの研究に乗り出す。その後、ホンダのロボットはASIMOと名付けられ、商品化された。
2005年12月、ASIMOの新型において時速6km、跳躍時間 0.08秒の走行を実現させた。歩行から走行を同じロボットで実現した点で世界初である（走行だけを行うロボットなら1980年代から存在する）。二足歩行ロボットによる走行の場合、着地の際の衝撃が歩行と比べて大きいため、衝撃緩和技術が重要になる。また、両足が地面から離れるため、その間の姿勢制御は無重量状態の姿勢制御と同様の技術が必要になる。より進んだ活動を行うためには、周辺の状況を適切に認識し、以後の状況を予測し判断する能力も必要となる。段差や障害物を認識しそれを見越した行動を取ったり、人間や他のロボットの行動や指示などを認識しなければならない。カメラによる画像認識や音声認識などの技術も二足歩行ロボットにとって重要な技術となる。
ブームが去るとともに国内では冬の時代に突入するが、2013年にBoston Dynamicsのアトラスが登場、2020年代にAIブームが起き、海外から盛り上がりをみせた。
ヒューマノイドとしての統合システムの研究も行われている。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
二足歩行ロボットとは脚を2つ持ち、歩行を行うロボットのことである。ロボットは節（リンク）と関節（ジョイント）で構成されるリンク機構で、関節はモーターなどのアクチュエータで駆動される。リンクとは剛体の構造物のことで、ジョイントは回転機構または直動機構のことである。足（脚）とは回転機構で繋がった2つ以上のリンクで構成されたシリアルリンク機構である。直動機構（スライダ）で脚を構成するロボットもあるが、これを二足歩行ロボットに含めるかは研究者により定義が分かれる。
研究者によって違うが、ロボットの構造は概して次のように定義されている。まず足首に相当する関節を第1関節、膝に相当する第2関節という。股関節は第3関節ということになるが胴体に接続する関節は慣例的にロボットでも股関節という。また、足裏を含む部分を第1節、脛に相当する部分を第2節、大腿に相当する部分を第3節という。腰や胴に相当する部分は慣例的にロボットでも胴体と言うことが多い。上半身の形態には様々なバリエーションがあり、腕のあるもの、頭の無いもの色々で、これといって代表的なものは無い。
歩行とは脚の運動による移動方法の一種である。体重のかかる方の脚を軸脚（ピボット、あるいはピボット脚とも言う）、振り上げている方の脚を遊脚と言う。二足歩行は2本の脚を交互に軸足にして重心を任意の方向に移動する移動方法である。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
歩行の形態には静歩行と動歩行がある。静歩行とは重心の路面への投影点が左右いずれかの足の裏に位置するような歩行法である。静歩行の静は、静的安定の静のことである。静的に安定なのでどこで停止しても転倒することが無いが、床面が常に平面でなければならないなど環境に制約が多い。
静歩行は、安価なおもちゃでよく使われている。
静歩行に対する概念として動歩行がある。動歩行は重心の路面への投影点が足の裏から外れる歩行方法のことである。人間などが行う歩行もこれに入る。動歩行の動は動的安定の動で、動的には安定だが静的には不安定という意味であり、運動量を打ち消してから歩行動作を停止しないと転倒してしまう。制御は難しいが、でこぼこ道など条件の悪い環境にも対応できる。
二足歩行ロボットの研究対象になっているのは主に動歩行である。動歩行の実現のためには、加速度や床からの反力などといった状況を的確に収集・判断し、これに対応し制御するための技術開発が必要になる。
動歩行を実現する方法としてZMPを規範とする歩行制御方法が主流となっている。規範とは、制御工学的に言えば境界条件と拘束条件の組み合わせのことで、ひらたく言えば規則とか法則というような意味あいである。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
1972年、ユーゴスラビア（現セルビア共和国）のミハイロピューピン研究所のブコブラトビッチ(Miomir Vukobratović)らが、ゼロモーメントポイント(ZMP)と呼ばれる歩行規範に基づく2足歩行ロボットの軌道生成法と制御法を発表した。ZMPは床反力の圧力中心であり、ロボットの運動と運動方程式から計算することができる。ブコブラトビッチらは、支持多角形(Support polygon)内を運動するZMPの時間軌道を予め設定し、これに対応する歩行運動を繰り返し収束計算により求めた。ZMPを用いることにより、遊脚や上半身の質量による影響すべてを厳密に考慮した歩行運動を設計することができる。
ZMPとは動力学的な重心の投影点が安定域(≒足の裏のこと)に位置するような運動法則である。"動力学的な"ところが静歩行と異なるため、ZMPによる歩行は動歩行に分類される。しかし同じ動歩行といっても、ZMPによる歩行は、人間や動物の歩行と同じではない。ZMPによる歩行はエネルギー保存則とは無関係な運動法則なので、エネルギーの消耗が激しい。ヒトなどの生物は少ないエネルギーで長距離を歩行するが、ZMPではそれを説明できない。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
パッシブウォーキング(受動歩行)は、何の動力もなしに、カタカタと斜面を歩くおもちゃとして知られており、
動力学的には振り子運動と同じ振動の一種で、動的平衡状態にある。静力学的にも動力学的にも重心の投影点は足裏には無く、完全な動歩行と定義できる。歩様としてはトロットに分類できる。
二足歩行を振動と考えれば、ヒトやペンギンが僅かなカロリーで長距離を歩行できる説明が付くため、自然界の二足歩行はこのパッシブウォーキングに近い運動であると考えられている。
受動歩行の研究は、次のようなものがある。たとえば、マックギー (McGeer, 1990) は、動力なしの単純化した二足歩行のモデルで、下り坂の斜面での歩行が安定なリミットサイクルになることを理論的に示し、受動歩行するロボットを作った。
また、山崎信寿 (1984)は、ヒトの身体の力学モデルを作り、頭から吊るして振動させると、歩行パターンのような動きが作られることを示した。
こうした受動歩行では、筋骨格系の振り子としての特徴が重要な役割を果たしているとともに、バネ弾性の特徴も運動生成に何らかの寄与をすると考えられている。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
歩行の体育学的な分類としては、歩様（歩容、歩法と書く場合もある）による分類がある。二足歩行の歩様にはウォーク（常足、なみあし）、トロット（速歩、はやあし）、ギャロップなどがある。単に歩行と言った場合はトロットのことと考えて差し支えない。
トロットとは交互に軸足が切り替わり、常にどちらかの足が地面に付いている、跳躍期の無い歩き方のことを言う。軸足は瞬間的に入れ替わり、両方に体重がかかっている期間は無いか無視できるほど短いものとされる。トロット歩行の場合、歩行という一見複雑な運動を、軸足の接地点を回転中心とした回転運動として捉えることができ、運動方程式を比較的簡単に立てることができる。このため二足歩行ロボットではトロットを規範とする歩行制御が適用されるのが普通である。
歩行が回転運動だとすると遠心力が発生するはずである。このときの遠心力は下の式で表される。は重心の移動速度（＝歩行速度）、は重心位置の高さ、は質量である。
Fをmgと置き換えると、次の式が導かれる。は重力加速度である。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
これは歩行の限界速度を表す式で、これより速い速度で歩行すると遠心力により自然に脚が床面から離れ、走行に移行することを意味している。人間の重心位置の高さを1mとすると歩行の限界速度は11.2km/hとなる（ちなみに競歩の世界記録は13.6km/h（50km）。腰の捻りや足裏のストロークなどが加わるため理論上の数値よりは大きくなる）。走行に至らないまでも、歩行速度が増すと遠心力により軸足が滑りやすくなり、歩行ロボットは転倒しやすくなる。
トロット歩行の場合、水平方向の運動量は理論的には次のステップへ100%伝達される。上下方向の運動量は床面との衝突により失われてしまうが、人間の場合、重心の位置エネルギーをアキレス腱が保存し、軸足交換時に体を蹴り上げて次のステップに伝えていると考えられている。
ウォークは、両脚に体重のかかる期間のある歩様のことである。この歩様では、両足が地面についていると重心の速度ベクトルの向きが一方向に拘束されてしまう。そのため、ステップごとに上下方向の運動量に加えて左右方向の運動量も失われる（重心の軌跡がジグザグになる）ので、エネルギーコストが著しく悪化する。それゆえ、人間や鳥ではあまり行われていない歩行と考えられている。また、2本脚のときと1本脚のときで運動モードが異なり制御が複雑になるので二足歩行ロボットでもあまり行われない。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
ギャロップは跳躍期のある歩行で、いわゆる走行のことである。跳躍期とは２本とも脚が地面に付いていない時期のことである。
なお、ここでの歩行の定義は工学における定義の一例である。また、歩様の分類や名前の付け方には研究者により差がある。
制御工学では制御対象について考察するときには、数式化しやすいように制御対象を抽象化するが、抽象化された制御対象を制御モデル、あるいは単にモデルと言う。制御モデルが現物に近いほど精度の高い制御が可能になるのだが、制御モデルが複雑になると運動方程式が解けなくなるので、普通はなるべくシンプルなモデルが使われる。二足歩行ロボットではヒトやトリを抽象化した制御モデルが使われる。
多くの二足歩行ロボットがZMPによる重心の位置と速度の制御により歩行を行うが、この場合どうしても足首トルクが必要になる。足首のアクチュエータにより末端重量が増加すると、安定領域が狭くなるうえに、歩行時の重心変動が激しくなり、著しく制御が困難になる。ヒト型ロボットでは上半身の動作により、重心変動を打ち消す、あるいは緩和することが出来る。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
胴体はヒトに似せて、垂直に立った形になる。そのため胴体の重心位置は股関節よりかなり上に位置することになり、偏心モーメントを持っている。そのためロボットが歩行を始めると、その反動が胴体にモーメント力として伝わることになる。このモーメント力を床面まで伝えて打ち消す必要があるので、脚の各関節にはかなり強力なアクチュエータと大きな足裏が必要になる。ヒト型モデルは動的バランスを取るために足首トルクが必要なのである。人間の脚も鳥などと比べると太く頑丈なのも同じ理由からである。そのためヒト型モデルのロボットは頑丈なものになる傾向がある。大型のロボットでは高価なサーボモーターやハーモニックドライブなどが必要になり、製造コストが高い。
生物における直立二足歩行も胴体の重心位置が股関節の位置と一致せず、胴体から巨大なモーメント（回転力）が発生する。これを筋肉で抑えないといけないため、太い脚とそれを動かすための余分なエネルギーが必要となる。自然界で直立二足歩行があまり見られないのはエネルギー効率が悪いためであると考えられている。
歩行ロボットを最も理想的な姿にしたのが無質量脚モデルで、理論上の制御モデルである。脚の質量はゼロで完全剛体。質量は全て胴体にあると仮定する。胴体の重心位置と股関節の位置は完全に一致する。したがって全身の重心位置も股関節と一致する。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
無質量脚モデルだと脚の動作で重心が変動しない。さらに股関節と胴体の重心位置が一致しているのでモーメント力が発生せず、それを打ち消すためのトルクが必要なく、従って足首トルクも必要ない。床面への力と反動、重心位置だけを考えればいいため運動方程式が簡単で、アクチュエータの数も最小限なので制御も簡単である。1980年頃、歩行現象の理論化のために無質量脚モデルが盛んに研究された。
無質量脚モデルは最も歩行を実現しやすいモデルだが、現実に製作することはもちろん不可能である。しかしそれに近いロボットに関する研究例は多い。日本では竹馬型ロボットと呼ばれる二足歩行ロボットが1980年頃から研究されている。竹馬型ロボットは腰の部分に脚を動作させるアクチュエータを持つ。脚は軽くするために伸縮するタイプが多い。原理的に人間の足（足首から下）に相当する部分は必要無いのだが、傾きを検出するためにポテンショナのみを装備した足首を持つ。機構が単純で製作しやすく制御も容易なので、ロボットにおける動歩行の実現はこのタイプが最も早かった。1982年に東大の下山勲らが竹馬型ロボットによる動歩行について論文を発表している。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
欧米ではホッピングロボットあるいはホッピングマシンと言われ、日本より研究が進んでいる。ホッピングマシンで無質量脚モデルと言えるのは1本足や2本足のもので、1980年代から走行を実現している。ただしホッピングロボットは飛び跳ねていないと倒れてしまうので歩行は出来ない。
鳥のような形をした二足歩行モデルである。胴体が前後に長く、前に曲がる第2関節を持つ脚を持つ。胴体と第3節の間に第4節を設定する場合もある。生物の鳥類には第4節がある。
胴体の両側に股関節があり、重心位置が股関節の位置とサジタル平面上で一致する。胴体の重心位置が股関節と一致するので、胴体に偏心モーメントが無い。したがってモーメント力を床面まで伝える必要が無いので、足首トルクを必要としない。そのためトリ型二足歩行ロボットでは足首のアクチュエータは省略されるか、小さいものでよい。末端重量を小さくできるので、第2関節、股関節のアクチュエータも小型化できる。そのため、脚部全体を軽量化することが可能である。脚が軽いので全身の重心位置が股関節の位置にほぼ一致し、地面を蹴る力をダイレクトに重心に伝えることができる。このためトリ型モデルは運動性能が良く、高速に走行することができ、エネルギーコストも良いとされる。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
トリ型二足歩行ロボットは1990年頃に産業技術総合研究所、および信州大学で製作されている。2004年にはトヨタ・i-footが製作された。産業技術研究所のロボットはZMPによる歩行理論の実証を目指して、理論的に最も合理的なトリ型が採用された。信州大学のロボットは歩行ロボットとしては初めてサスペンションを装備した。足首と股関節にバネとダンパーを装着し、歩行から走行までモードレスに扱うことのできる独自の歩行理論の実証を目指した。
生物界ではトリ型歩行のほうが、直立二足歩行よりはるかに多く見られる。これは運動性がよく、エネルギー効率が高いためであると考えられている。実際ダチョウなど走鳥類は時速80km以上で長時間走ることができるとされている。これはチーターよりは遅いが、チーターの最高速は数秒間しか出ない。長距離ではダチョウの方が優れていると言われている。
トリ型モデルの派生型として恐竜型モデルがある。恐竜型モデルはトリ型モデルの胴体をさらに前後に長くしたものである。尾に相当する部分で積極的に偏心モーメントを打ち消す。トリ型モデルよりさらに高速走行に向くと考えられているが、旋回するときに尾や首が邪魔になるので、屋内での応用範囲は狭いと見られている。これらのロボットは主にアメリカで研究されている。近年の恐竜の運動の研究には目覚しいものがあるが、歩行ロボットの研究成果も少なからず貢献している。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
恐竜型モデルだと長い胴体でバランスを取ることが出来るので、静歩行でもかなりダイナミックな歩行が可能になる。静歩行なら運動方程式を扱う必要が無く、衝撃干渉機構などを組み込むことが容易にできる。制御に対する要求レベルも低く、歩行動作を停止しても転倒しないため安全性が高く、大型化が簡単に出来るので建設機械などへの適用も可能だろう。現時点では産業技術総合研究所で大型恐竜型歩行ロボットが開発されている。
本稿では文章構成上、歩行パターンを用いる歩行制御(重心位置を制御する歩行制御)、歩行パターンを用いない歩行制御(重心位置を制御しない歩行制御)に分けられた文脈となっている。近年、パッシブウォーキングに関するが研究が進んでおり、従来の歩行制御法とのカテゴライズが形成されつつあるも、これが必ずしも正式な分類方法ではない。
現在主流なのは、重心位置を制御して歩行を制御する方法である。技術的にこなれた位置制御をベースに開発できるため、ほとんどの歩行ロボットがこの方法を採用している。ZMPを使った歩行制御も、重心位置を制御して歩行を実現している。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
ロボットが歩く時の関節角の制御量を歩行パターンと言う。研究者によって、歩行軌道や歩行制御量など、言い方は様々である。かつては計算機の能力が足りなかったため、あらかじめ歩行パターンを生成しておき、ロボットでそれを再生することで歩行を実現しようとしていた。この方法は、計算値と実際のロボットの挙動が徐々にずれるためにうまくいかない。コンピュータの発達とともに挙動をリアルタイムでフィードバックし歩行パターンを生成することが出来るようになり、歩行が実現できるようになった。歩行パターンは制御モデルの運動方程式を立て、歩行の仕方となる拘束条件を入れ、運動方程式を解いて制御量を求める。
運動方程式とは、ある関節にどれだけ力を加えると、体の姿勢がどう変化し、重心位置とモーメント力がどうなる、という関係を表した数式である。運動方程式はリンクごとに相互作用を一つ一つ考慮して立てることも出来るが、歩行ロボットのようにいくつもリンク機構があると運動方程式を立てることは容易ではない。普通はオイラー・ラグランジュの運動方程式を使い、運動方程式を作る。
この方程式は、外力が加わらない限り、ポテンシャルエネルギーの変化量と運動エネルギーの変化量は等しいという、物理学の基本法則から導かれている。ロボットの運動は3次元なので、式は行列とベクトルを使ったもので構成される。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのしくみ
歩行ロボットの自由度は多いので、ただ運動方程式を解いても歩行パターンは得られない。何らかの拘束条件を入れなければならない。生物のヒトやトリの歩行パターンやZMPがその拘束条件となる。ZMPでは、動力学的な重心位置が足裏の上に来るような関係式を立て、上の運動方程式と組合わせて連立方程式にして解く。方程式を解くと、どの関節を動かすとZMPがどこになるのか、あるいは、ZMPをある位置に持って行きたいときは、どの関節をどれだけ動かせばいいのかが、行列式によって表される。
歩行パターンは遊脚が床面から離れてから、再び床面に着くまでを一つのパターンとなる。この1パターン分の各アクチュエータの制御量を生成し、ロボットにステップ毎に入力すると理論的にはロボットは歩行することになる。コンピュータが高性能になった現代ではリアルタイムで歩行パターンが計算できるとはいうものの、複雑に変化する環境下で歩行パターンを随時計算するのはやはり難しい。標準的な歩行パターンを用意しておき、それに微妙なバイアスをかけることである程度の環境の変化に対応できるようにする、などの試みが行われている。
歩行パターンを使う歩行制御法では運動方程式を解く必要があるが、ロボットの中に弾性体(いわゆるバネ系)が存在すると、オイラー・ラグランジュの運動方程式を解くことが出来なくなる。そのため、現在見られる歩行ロボットは極力バネ系が無いように設計される。サスペンションなどの衝撃緩衝機構が歩行ロボットに用いられないのはこのためで、歩行ロボットによる走行を難しくしている一つの要因となっている。
歩行パターンを使う歩行は積極的に重心位置を制御することで歩行を行うが、重心位置を制御しない歩行制御法もある。アルゴリズム歩行、倒立振子モードによる歩行制御、イベント歩行、リズム運動を軌範とする歩行制御など、研究者により呼び方と制御方法は様々だが、重心位置を積極的に制御しない点では同じである。また、受動的に重心位置が変化する点ではパッシブウォーキングと親和性が高い。
竹馬型二足ロボットやトリ型二足歩行ロボットなど、無質量脚モデルに近い二足歩行ロボットで適用例がある。アルゴリズムを使った歩行制御のメリットは、運動方程式を解く必要が無いので衝撃緩衝機構が付けられること、工作精度が低くてもいいので製造コストを抑えられること、運用中に発生する障害（転倒によるフレームの歪み、駆動系の不具合）、負荷の変動に対応できるので荷物の運搬や外力の作用に対応できること、などがある。また、エネルギー保存則に則した動作が可能になるため、歩行パターンを用いる歩行制御に比べ、格段にエネルギー効率を高くできる。
例えば、左の二足歩行の動作シミュレーション動画は、非常にシンプルな数式で歩行が生成されており、遊脚着地位置とキック力を恣意的にずらすことで方向転換や速度制御を行なっている。1つのベクトルで歩行を制御できるので、操縦桿とアクセル・ブレーキでロボットをコントロールすることが可能になっている。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのハードウエア
二足歩行ロボットのハードウエアはフレームとアクチュエータ、制御系、電源で構成される。以前は制御系と電源は外部に置くことが多かったが、バッテリーと制御機器の小型化によりロボット本体に搭載することが可能になった。二足歩行ロボットの構成要素は産業用ロボットと大差無いが、歩行ロボットは産業用ロボットと違い、自動車などと同じ移動体であり、設計には自動車やオートバイの考え方に似たところがある。すなわち、軽量で大出力なほど有利であり、バネ下重量（歩行ロボットでは脚の質量がこれに相当する）や末端重量が少ないほど良い。重心位置が運動特性に大きな影響を及ぼす点も似ている。
二足歩行ロボットは現在研究開発途上のものであり、これが標準的な構造と言えるものは無いが、現在の傾向やその経緯について簡単に解説する。
二足歩行ロボット 二足歩行ロボットのハードウエア
二足歩行ロボットの骨組みは制御モデルのリンク（節）に相当する。現在主流のZMPを軌範とする歩行制御を行う場合、位置制御がベースとなるため、制御モデルのリンクは完全剛体と仮定されるので、実際に製作されるロボットのフレームにも高い剛性が求められる。当然、転倒したぐらいでは歪まない強度が要求される。また精度も高いものが要求され、低い工作精度だと制御が困難になることがある。以前は軽量化のためアルミニウムが使われることがあったが、近年は剛性と加工性を重視してスチールが用いられることが多くなってきた。ちなみに産業用ロボットでも剛性を重視して鋳鋼や鋼板が用いられている。剛性だけで言えば炭素繊維強化プラスチックなどの複合素材が優れているが、加工が非常に難しいため、あまり用いられない。
軽量化のため外骨格構造が取られることが多いが、転倒時に歪みやすいので内骨格構造が採用されることもある。内骨格構造には艤装がしやすく、修理が容易というメリットもある。
二足歩行ロボットのアクチュエータにはサーボモーターが用いられる。油圧、空圧、人工筋肉などが用いられることもあるが例は少ない。サーボモーターは高速回転するものなので、減速機で回転数を落としトルクを上げる必要がある。減速機には歯車が使われるが、二足歩行ロボットには遊星歯車かハーモニックドライブが使われる。ハーモニックドライブは楕円と真円の差動を利用した減速機で、小型軽量高効率で多くの歩行ロボットに使われている。ただし大変高価である。
サーボモータを駆動するにはサーボアンプが必要になる。産業用ロボットも含めてロボットのサーボアンプには、普通、ロバスト性を高めるためにPWMドライバが使われる。PWMとはモーターの最大電流を+と-のパルスで供給し、モーターを常に最大負荷で使う方法である。サーボアンプはパワーデバイスであり、熱容量の関係から、汎用品は大きく重い。ロボットに搭載するには特注品を依頼するか自作する必要がある。
二足歩行ロボット ロボット競技大会
小型（10～30cm程度）の二足歩行ロボットについては、特に日本において個人や小規模な団体での研究が盛んである。これはロボカップやROBO-ONEといったロボット競技大会によるところが大きい。2011年2月24〜26日には、小型の二足歩行ロボットによってフルマラソン大会が世界で初めて行われ、トップの完走時間は54時間57分50秒であった。2025年4月19日には、大型の二足歩行ロボットでもマラソン大会が中国で世界で初めて行われ、トップの完走時間は2時間40分であった。
二足歩行ロボット 主な二足歩行ロボット
2019年7月23日、音声アシスタント機能を追加して小型・軽量化にも成功した新型二足歩行ロボット『Skybot F-850』 がツイッターのページで公開された。
Walker S1（本社：中華人民共和国 ・広東省・深圳市 / アメリカ本社：アメリカ合衆国・カリフォルニア州・ロサンゼルス,優必選科技（UBTECH Robotics）、極氪（ZEEKR、ジーカー））:正式名称は「Intelligent Humanoid Service Robot」。身長145cm、体重77kg、全36自由度の二足歩行ロボット。2019年1月8日から2019年1月11日までアメリカ・ラスベガスで開催された｢CES 2019｣に出展された。
荒木村重
荒木 村重（あらき むらしげ）は、戦国時代から安土桃山時代にかけての武将・大名。利休七哲の1人である。
荒木村重 生涯
天文4年（1535年）、荒木義村（信濃守）の子として生まれた。母は中川佐渡守の妹（『荒木略記』）。
幼名は十二郎（十次郎）。通称は、弥介、または弥助（彌助）。
はじめ池田勝正（長正の次の当主）の家臣として仕え、池田長正の娘を娶り、その一族衆となる。しかし、三好三人衆の調略に乗り、池田知正（長正の次男）と共に三好氏に寝返り、知正に勝正を追放させると混乱に乗じ、池田氏を掌握する。
元亀2年（1571年）8月28日の白井河原の戦いで勝利し、池田氏が仕えていた織田信長からその性格を気に入られて、三好氏から織田家に移ることを許された。
天正元年（1573年）、茨木城主となり、同年に信長が足利義昭を攻めた時にも信長を迎え入れ、若江城の戦いで功を挙げた。
一方、義昭方に属していた池田知正はやがて信長に降って、村重の家臣となり、村重が完全に主君の池田氏を乗っ取る形となった（下克上）。
天正2年（1574年）11月15日、摂津国人である伊丹氏の支配する伊丹城を落とし、伊丹城主となり、摂津一国を任された。
翌年、有馬郡の分郡守護であった赤松氏を継承する摂津有馬氏を滅ぼして、同郡を平定する。
荒木村重 生涯
村重は細川政権・三好政権を通じての摂津統治の中心であった芥川山城・越水城の両城を廃して、有岡城（伊丹城の改称）を中心とした新たな支配体制を構築した。
天正3年（1575年）、宇喜多直家に離反された浦上宗景を支援し、「宇喜多端城」（所在地不明）に浦上宗景を入城させる。この年の11月には「摂津守」を名乗っており、同年7月に織田家重臣らが任官した際、村重も正式に任官したものとみられる。
以後も信長に従い、越前一向一揆討伐・石山合戦（高屋城の戦い、天王寺の戦い）や紀州征伐など各地を転戦し、武功を挙げた。
天正6年（1578年）10月、三木合戦で羽柴秀吉軍に加わっていた村重は有岡城（伊丹城）にて突如、信長に対して反旗を翻した（理由は後述）。一度は糾問の使者（明智光秀、松井友閑、万見重元）に説得され翻意し、釈明のため安土城に向かったが、途中で寄った茨木城で家臣の中川清秀から「信長は部下に一度疑いを持てばいつか必ず滅ぼそうとする」との進言を受け、伊丹に戻った。
秀吉は村重と旧知の仲でもある小寺孝隆（官兵衛、のちの黒田孝高）を使者として有岡城に派遣し、翻意を促したが、村重は孝高を拘束して土牢に監禁した。
荒木村重 生涯
以後、村重は有岡城に篭城し、織田軍に対して1年の間徹底抗戦したが、側近の中川清秀と高山右近が信長方に寝返ったために戦況は圧倒的に不利となった。その後も万見重元らの軍を打ち破るなど、一旦は織田軍を退けることに成功するが、兵糧も尽き始め、期待の毛利氏の援軍も現れず窮地に陥ることとなる。それでも、村重は「兵を出して合戦をして、その間に退却しよう。これがうまくいかなければ尼崎城と花隈城とを明け渡して助命を請おう」と言っていた。
天正7年（1579年）9月2日、村重は有岡城を脱出し、尼崎城へ入った。ただし、これは闇雲に逃走したわけではなく、毛利軍の将・桂元将の詰めていた尼崎へ援軍要請に向かった為である。現にその後も西へ逃亡することなく半年以上も尼崎に留まり、抗戦している。
天野忠幸は自身の書籍にて、乃美文書には村重は御前衆数百騎と共に、織田方の包囲網を突破する形で尼崎城に向かったと記されていることを主張している。また、小川雄は、通説で言われるような恐慌からくる敵前逃亡ではなく、第二次木津川口の戦いや中川・高山の降伏により補給路を絶たれたため、まだ毛利方（村上水軍）が補給路を確保していた尼崎城・花隈城を確実に抑える事で、本願寺・毛利方との連携を維持するための戦略的撤退だったとする見方をしている。
荒木村重 生涯
11月19日、信長は「尼崎城と花隈城を明け渡せば、おのおのの妻子を助ける」という約束を、村重に代わって有岡城の城守をしていた荒木久左衛門（池田知正）ら荒木の家臣たちと取り交わした。久左衛門らは織田方への人質として妻子を有岡城に残し、尼崎城の村重を説得に行ったが、村重は受け入れず、窮した久左衛門らは妻子を見捨てて出奔してしまった。信長は村重や久左衛門らへの見せしめの為、人質の処刑を命じた。
12月13日、有岡城の女房衆122人が尼崎近くの七松において鉄砲や長刀で殺された。この事は
百二十二人の女房一度に悲しみ叫ぶ声、天にも響くばかりにて、見る人目もくれ心も消えて、感涙押さえ難し。これを見る人は、二十日三十日の間はその面影身に添いて忘れやらざる由にて候なり。 — 『信長公記』
と記されている。12月16日には京都に護送された村重一族と重臣の家族の36人が、大八車に縛り付けられ京都市中を引き回された後、六条河原で斬首された。
立入宗継はその様子を、
かやうのおそろしきご成敗は、仏之御代より此方のはじめ也。 — 『立入左京亮宗継入道隆佐記』
荒木村重 生涯
と記している。
その後も信長は、避難していた荒木一族を発見次第皆殺しにしていくなど、徹底的に村重を追及していった。天正9年（1581年）8月17日には、高野山金剛峯寺が村重の家臣をかくまい、探索にきた信長の家臣を殺害したため、全国にいた高野山の僧数百人を捕らえ、殺害している。
しかし、肝心の村重本人は息子・村次と共に、親戚の荒木元清がいる花隈城に移り（花隈城の戦い）、最後は毛利氏のもとに亡命し、尾道に隠遁したとされる。
天正6年（1578年）に謀反を起こすまで、村重は津田宗及や今井宗久、千利休ら堺の茶人たちと度々茶会を行っていた。天正10年（1582年）6月、信長が本能寺の変で横死した後、村重は尾道から堺に移ったとみられ、天正11年（1583年）初めには道薫（どうくん）と名乗って、津田宗及の茶会に出席している。
天正14年（1586年）5月4日、村重は堺で死去した。52歳。法名は道薫。堺の南宗寺（現妙法寺寺地）に葬られたと伝わる。
荒木村重 荒木氏について
荒木氏は摂津国の有力国人である池田氏に仕えていた。
系図では、丹波国波多野氏の一族とされ、藤原秀郷（血脈上は源範頼）の子孫といわれる。
『寛政重修諸家譜』では、波多野義通の3代孫・波多野義定の後裔とする。義定の8代孫・波多野氏義が丹波国天田郡荒木村に住み、荒木を称した。
祖父の荒木大蔵大輔安芸守定氏は摂津国大物浦で戦死している（大物崩れか）。
荒木村重 謀反の理由
村重の織田信長に対する謀反の理由は、諸説があって今でも定かではない。ただ、信長は村重を重用していたため、その反逆に驚愕し、翻意を促したといわれている（『信長公記』、『フロイス日本史』など）。
村重は毛利輝元から調略を受けていた。輝元は但馬国内に在陣していた古志重信（出雲国神門郡古志郷の国人領主）を通して、村重の調略を進めていたことが知られている。また、輝元が庇護していた足利義昭も、幕府奉公衆の小林家孝を毛利氏の属将とともに有岡城に入城させ、村重に毛利氏へ帰順するよう説得した。村重が信長に反旗を翻すと、輝元はそれを喜び、家孝に褒賞を与えている。また、村重が毛利氏に提出した帰服誓約の血判神文（起請文）では、「公儀（＝義昭）に忠義いたす」との旨が記されていた。
黒田孝高（当時は小寺孝隆）と相談の謀略説。信長暗殺のため、（後に成功した本能寺の変のように）手勢が手薄なところへ誘き出し夜襲する計画であったという。そのため、信長の遺産を継いで天下人となった豊臣秀吉・徳川家康などからは厚遇されることになったとされる説。実際、信長は孝高を村重方に寝返ったと決めつけ、人質としていた孝高の子・松寿丸（のちの黒田長政）の処刑を秀吉に命じている。
荒木村重 謀反の理由
摂津国内では、信長勢力の進出まで国衆や寺内町・郷村などが比較的独自の支配体制を築いてきたが、信長はこうした勢力を統制下に置こうとしたために織田政権への反発が強まり、その矛先が村重に向けられつつあった。村重は国衆や百姓からの突き上げに追い込まれた結果、却って信長に叛旗を翻して彼らの支持を受けた方が摂津支配を保てると判断したとする説がある。実際、村重の反逆の直後にこれまで石山本願寺の目の前にありながら石山合戦に中立的であった摂津西部の一向一揆が蜂起し、尼崎城や花隈城の戦いではむしろ彼ら百姓主導による抵抗が行われた。そのため、信長軍も西宮から須磨の村々を焼き討ちにして、兵庫津では僧俗男女の区別なく皆殺しにしたと伝えられている。
荒木村重 太平記英雄伝
歌川国芳画の「太平記英雄伝廿七 荒儀摂津守村重」や、落合芳幾画の「太平記英勇伝三十八 荒木摂津守村重」で描かれている場面は、『絵本太閤記』二編巻之禄六「荒木村重が餅を食らう」の話を基にして描かれたものである。
嘉永期になると幕府の規制が緩み、太閤記関連の版本が多く出るが、それでも江戸時代の武者絵の通例で名前をもじって記載している。
『絵本太閤記』が何らかの史実に基づいてこの場面を描いたのかは不明であるが、これによると、織田信長に拝謁した時に、村重は「摂津国は13郡分国にて、城を構え兵士を集めており、それがしに切り取りを申し付ければ身命をとして鎮め申す」と言上した。これに対して、信長は腰刀を抜き、その剣先を饅頭を盛っている皿に向けて饅頭3、5個を突き刺して、「食してみろ」と村重の目の前につき出した。周りにいたものは青ざめてしまったが、村重は「ありがたくちょうだいします」と大きな口を開け剣先が貫いた饅頭を一口で食べ、それを見ていた信長は大きな声を上げて笑い、その胆力を賞して摂津国を村重に任せたという。
村重はこの時38歳。信長は村重が高槻城を攻略した（高槻城攻城戦）事を激賞して、村重がどのような人物なのか、どのような態度をとるのか試したのではないか、とも想像できる逸話である。
荒木村重 伝説
広島県尾道市にある時宗 西郷寺の末寺に「水之庵」というのがあった。『陰徳太平記』や現地の伝承では一時、荒木村重が尾道に落ち延びて「水之庵」に隠遁していたという伝説がある。
荒木村重 主な家臣
（＊有岡城の戦いで村重が没落するまでの家臣。従属者も含む。）
ラジオ日本
ラジオ日本（ラジオにっぽん）
日本のラジオ放送局
超
超（ちょう）は、「～を超える」を意味する接辞（接頭辞と接尾辞）である。中国語では動詞・形容詞としても働く。日本語でも形容詞とする説もあるがそうすると一般的な用例とそぐわなくなる。
超 古典的な用法
漢語では本来は動詞で、「超える」「超えて行く」「飛び超える」を意味する。たとえば慣用句の
挟泰山而超北海
（訓読: 泰山を挟みて北海を超ゆ）
 — 『孟子』梁恵王
のようにである。
現在の熟語に当てはめると、たとえば「超人」は「超㆑人」と返り点を打ち「人を超える」と訓読みできる。このような補足構造「動詞+目的語」の熟語を「接頭辞+語根」と再解釈することにより、接頭辞「超」が現れた。
その他の構造の熟語としては、
入超
「入（輸入）が（輸出を）超える」の主述構造
超越
「超える」と「越える」の並列構造
などがある。これらは接頭辞「超」としては解釈できない。
超 近代の用法
何らかを超越した概念を表し、ギリシャ語・ラテン語由来などのさまざまな接頭辞・単語の訳語として多用される。
英語の above, over にあたり、その物の上方に（接してまたは離れて）あることを意味する。
super-（スーパー）: ラテン語起源。例: 超自然 (supernatural) 、超伝導 (superconduction) 、超音速 (supersonic) など多数。
supra-（スープラ）: super- と同語源。例: 超国家主義 (supranationalism) 。
Über(-)（ユーバー）: ドイツ語。例: 超人 (Übermensch) 。
sur(-)（シュール）: フランス語。例: 超現実主義 (surréalisme) 。
英語の beyond にあたり、その物を超えた向こう側にあることを意味する。日本語では極超（ごくちょう）と訳されることもある。
hyper-（ハイパー）: ギリシャ語起源。例: 超微細構造 (hyperfine structure) 、超立方体 (hypercube) 。
ultra-（ウルトラ）: ラテン語起源。例: 超軽量動力機 (ultra light plane) 。
超 近代の用法
これらのほとんどは「超越する」（～を超え～とは別のものになる）という意味合いを持つが、現代では「非常に」「はなはだ」（～の範囲で程度がはなはだしい）のような意味で使われることもある（ただしこの2つをはっきり区別できるとは限らない）。超現実主義（シュールレアリスム、surréalisme) は、フランス語の語源どおりには「現実の上」であり、しばしば「（現実を超えた）非現実」と解釈されるが、これは誤りであり「非常に現実的」であるとされる。
『漢語林』などによると、「超」の字には度を越す、分を過ぎるなどせいぜい普通一般に見られる程度の「何らか」をこえでてはいるものの、「何らか」の概念をまったく超越してしまっているわけではない意味で使う用法が許されている（例としては「超能力」など）。
「数詞（+単位・助数詞）+超」で、その数より多いことを意味する。不等号で表すと「> 数」になり、より少ないことを意味する「未満」（みまん）の対義語。基準となる数を含む以上・以下に対し、超・未満はその数を含まない。たとえば、「100超」は「> 100」を意味し、100は含まない。
超 日本の流行語「超（チョー）」
元来の用法では、「超」のかかる品詞は超音波や超高層ビルなど名詞（形容詞性名詞、つまりいわゆる形容動詞を含む）に限られていたのに対して、チョーは名詞を初めとして形容詞や動詞にも用いられる。
超は1990年代初期には既に東京圏などを中心として大学生などの若者に多用されていた。超がチョーになったのは、1990年代中盤から後半にかけてである。
なお、一般的には1980年代以降に流行した表現とされているが、1950年代後半から1960年代にかけても若者の間で多用されていた。例えば、1968年の映画作品「温泉あんま芸者」では、「超すごい台風！」という表現が使用されている。このように、過去存在していた出来事が世間から忘れられることによって新しい出来事であるかのように認識される現象を「ヒストリー・ポケット」と言い、他には第二次世界大戦の終戦後に数年間使用された「クール・ビズ」などがある。
マスドライバー
マスドライバー (Mass driver) は、惑星の衛星軌道上や衛星の周回軌道上に物資輸送を大量輸送に向くよう効率良く行うための装置・設備・施設で、地上から第一宇宙速度にまで加速した輸送コンテナなどを「放り上げる」物（ただしSFなどに登場するロケットを使用した段階式ではマスドライバーだけで第一宇宙速度までは到達しない）。
この装置は実用化に向けて様々な研究もなされており、宇宙を舞台としたSF作品にしばしば登場する（大規模なカタパルトとも言える）。
マスドライバー 概要
マスドライバーとは宇宙に大量の物資を輸送するために考案された物で、端的に言えば「コンテナを積んだ巨大な砲弾を打ち上げるための大砲」のような物である。このいささか乱暴にも聞こえるアイデアの原型は、1865年にジュール・ヴェルヌの発表した、『地球から月へ』（日本では『月世界旅行』という作品名で知られている）という作品の中で登場した270mもの砲身を持つコロンビヤード砲である。
ロケット噴射によって衛星軌道にまで上がることや、更にはもっとも近い天体である月に人を送り、無人探査機を他の天体に送ることは可能であるが、ロケットによる打ち上げは膨大な費用がかかるため（2020年代現在の技術では低軌道で1キログラムあたり約30万円ほど）、これをもっと安価に行う方法として発案されたのがマスドライバーである。
マスドライバー 概要
現在考えられているものの動力には、弾体の通過に合わせて巨大な砲身に数段階に別けて高圧ガスや炸薬を注入して加速する方法（多薬室砲など）やライトガスガン、電磁石の反発力で段階的に加速・射出するためにコイル（ソレノイド）の中を弾を通過させるもの（コイルガンなど）、更には二本のレール間に高電位をかけ伝導体で出来た弾体か導体を後方に貼り付けた弾体をレール間に挟んで、弾体そのものか弾体の後方に発生したプラズマにかかるローレンツ力による反発で弾体を加速・射出するレールガン等がある。また射出用コンテナの代わりにロケットを砲身に突っ込んで、ロケットを外部から加速して打ち上げる複合的な案もあり、ロケットの燃料節約や積載量の拡大が期待されている。
一方、打ち上げられた弾体には、基本的に推進装置がないため、一度宇宙空間に飛び出してしまえば、慣性の法則に従って飛んで行くだけになる。そこで打ち上げられたコンテナを宇宙空間で受け止めるマスキャッチャーと呼ばれる、受け取り場所も必要と考えられている。
マスドライバー 可能性や実用案
地球上から、有人の弾体をマスドライバーで打ち上げるのはかなり乱暴な方法と言わざるを得ない。なぜなら本来は数kmの上昇距離をかけて加速するはずの速度を、砲身の数百m程度の距離で加速するマスドライバーは、弾体に強い加速度がかかるためである。この問題に対して、SF作品の多くは「宇宙船カタパルト」としてのマスドライバーを登場させるなどしている。
マスドライバーは、地球上から有人コンテナを打ち上げるには、加速がかかり過ぎるなどの点で不適切な部分も多いが、地球よりも重力の弱い月や火星などの天体から打ち上げる場合は、非常に有効な射出手段として考えられている。
なお、NASAでは永久磁石を用いるインダクトラックが補助的なマスドライバーとして利用できる可能性があると考え、研究資金を提供している。
マスドライバー 可能性や実用案
アメリカ空軍とローンチ・ポイント社が共同で研究を進めている。巨大な円形のレール上を回りながらレールガンの原理を利用して加速し、第一宇宙速度に達した時点で発射用のレールに入り打ち上げられる。この方法は約2000Gの加速度がかかるため精密機器を除く物資の輸送に使われるものと思われる。
アメリカ陸軍が研究を進めている。渦巻状のレールの上にボールを載せた状態でレールの円心から外れた位置を中心として回転させるとボールが外側にいくにつれて徐々に加速していく原理を応用する。実際には特殊なメカニズムを利用した円形のものを使う。
アメリカのベンチャー企業が開発している。
マスドライバー 登場作品
『月は無慈悲な夜の女王』
月から農業生産物を地球に輸送する手段として月面マスドライバーが登場。後に月独立組織により、地球を月の大岩で戦略爆撃する対地球兵器「イヴァンのハンマー」として転用される。また、地球から有機物を月に輸送する手段として地球上にマスドライバーを建設することも作中で提案されている。
『妖精作戦』
地球と月とを結ぶ定期連絡線射出機として登場。主人公達がシャトルによる脱出に使用した。
『大渦巻II』
短編集太陽からの風に収録。月面からマスドライバーにより飛び立った貨物船が、打ち上げ直前の停電によりわずかに脱出速度が足りず、月へ落下することがわかった。たった一人の乗員である男は、管制センターとともに生き残るすべを探る。
『航空宇宙軍史』
作中では外惑星から地球圏への重水素の輸送に大規模に利用されているなど様々な用途に活用されており、攻撃にさらされた非武装のマスドライバーが危機を脱するため知恵を絞る話（火星鉄道一九）や、マスドライバーで発射されたタンカーをキャッチする側が主役の話（ドン亀野郎ども）など、戦争を描きつつも、本来のマスドライバーの技術的側面を意識した作品が多い。
『未来の二つの顔』
マスドライバー 登場作品
推論能力を備えたコンピュータに月面の丘陵の掘削を命じたところ、配下のマスドライバーの駆動力を減じて貨物で「爆撃」、丘陵を丸ごと粉砕する手法を勝手に考案して実行。現場で巻き添えを食らった工事担当者ならびにコンピュータ技術者を恐怖させた。これを契機としてより高度な人工知能の開発がはじまる。
『キノの旅』
本来の使い方である宇宙空間への移送ではなく、世界全土を射程内とする砲台として登場。世界を掌握すべく他の国に知られないために日時計に偽装し建造されていた。完成した後に「世界で一番遠いところ」に試験発射をしたが、発射された弾道は世界一周してしまい、結果として国を滅ぼしてしまった。
『ふわふわの泉』
高校在学中に偶然から新素材を開発したヒロインが、生産や様々な応用を行う中でマスドライバーを高空に建設する。
『ウロボロスの波動』
太陽系の近くに発見されたブラックホールから人工降着円盤を作りエネルギーを取り出すプロジェクトAADDは、そのまま地球圏と異質な社会を構築するようになった。地球とAADDの摩擦を描く連作短編集の中に、マスドライバーによって軌道エレベータヘテロを試みるものがある。
『機動戦士ガンダムUC』
地球連邦宇宙軍ロンド・ベル隊所属のリディ・マーセナス少尉が、ネオ・ジオンのミネバ・ザビと共に地球へ降下する際、乗機であるデルタプラスをマスドライバーで射出して燃料を節約した。
マスドライバー 登場作品
『宇宙の騎士テッカマン』
主人公たちの乗る宇宙船は通常は地上におり、出動時にマスドライバーで宇宙に発進している。宇宙船の後部に2段式のロケットブースターを接続し、軌道上で2段階の加速を経て射出される。
『ガンダムシリーズ』
マスドライバー 登場作品
『機動戦士Ζガンダム』をはじめとした宇宙世紀シリーズ
月面や小惑星基地に設置されており、宇宙船やモビルスーツ（人型兵器）を遠方の宙域へ移動させるための加速を得るために利用された。後年の作品では、定期的に地球から宇宙（スペースコロニーなど）に向け、人間および個人の財産や過去の貴重な遺産などを送り出す施設ともされている。また、完全中立を謳う宇宙引越公社によって運営され、ヨーロッパのアーティ・ジブラルタルに設置されたほか、地球を岩塊で爆撃する兵器としても転用された。
『∀ガンダム』
宇宙船がザックトレーガー（ロトベーター）へアプローチするため、南アメリア・マニューピチに作られた施設。長年遺跡状態にあったが、ウィルゲムの飛翔のために復元された。
『機動戦士ガンダムSEED』をはじめとしたコズミック・イラシリーズ
オーブ連合首長国などの赤道付近にて、戦艦などを地上から宇宙空間へ飛翔させるための施設として登場する。初期加速にレールを使用し、多段式ロケットなどで段階加速を行い、地球の重力圏から脱出する。オーブの保有する「カグヤ」のほか、南アフリカ統一機構の保有する「ビクトリア」、東アジア共和国の保有する「カオシュン」、南アメリカ合衆国の保有する「パナマ」が存在する。
『機甲戦記ドラグナー』
典型的用途である月面採掘用の施設として登場。地球を岩塊で爆撃する兵器として転用された。
マスドライバー 登場作品
『翠星のガルガンティア』
ロストテクノロジーとして登場。ただし、本来の用途ではなく曲射砲として利用された。
『モルダイバー』
外宇宙航行船「魁」の出動時、富士山に設置されたマスドライバーで宇宙に発進している。
『宇宙戦艦ヤマト2202 愛の戦士たち』
第1章「嚆矢篇」で進宙式に臨んだアンドロメダ級4隻（戦艦型・空母型各2隻）が、マスドライバーを使用して進宙する。なお、4隻はいずれも射出直後にワープインしているため、大気圏内でのワープ可能速度への加速用と見られる。
『遊撃宇宙戦艦ナデシコ』
草薙の剣を月基地から木星軌道上のナデシコへ移送するためにマスドライバーを使用している。打ち出された草薙の剣は、木星のラグランジュポイントにあるマスキャッチャーで回収される。
『MOONLIGHT MILE』
和名は「質量駆動機」。地球軌道まで月の資源を安価に送り出すための輸送システムとして登場。コンテナにはAIが積まれており、プログラムにより軌道修正を自動で行う。ISA長官ゲンズブールによりウッドブリッジ暗殺計画に使用された。
『プラネテス』
直接登場はしないが、作中での会話から外宇宙に到達可能なマスドライバーが月面に存在することが確認できる。
『とっても少年探検隊』
スペースコロニーの材料である妄想竹(もうそうちく)を林ごと打ち上げるための装置が登場する。巨大ししおどしで引いた弓で打ち上げる。