二足歩行ロボット
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。
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。
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。
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)。