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METHOD FOR DESIGNING ONE-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT, ONE-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT, AND MULTI-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT

Patent code P190016533
File No. T3-18002-T
Posted date Dec 19, 2019
Application number P2018-106511
Publication number P2019-209412A
Date of filing Jun 1, 2018
Date of publication of application Dec 12, 2019
Inventor
  • (In Japanese)永瀬 純也
Applicant
  • (In Japanese)学校法人龍谷大学
Title METHOD FOR DESIGNING ONE-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT, ONE-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT, AND MULTI-LEG-TYPE PASSIVE TRAVELING ROBOT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing a one-leg-type passive traveling robot capable of continuing traveling using a model of the one-leg-type passive traveling robot.
SOLUTION: A method for designing a one-leg-type passive traveling robot comprises: storing in a computer a model 1 of the one-leg-type passive traveling robot, which is provided with a body part 2 and a leg part 3, a center of gravity arranged at a joint part 4, with an upper end of the leg part 3 rotatably connected to the body part 2 at the joint part 4, with a first spring body 5 having a resilient force corresponding to an angle between the body part 2 and the leg part 3 at the joint part 4, and a second spring body 6 having a resilient force corresponding to compression at the leg part 3; and performing designing according to a simulation in the computer using the model 1 of the one-leg-type passive traveling robot. The method for designing the one-leg-type passive traveling robot allows a stable limit cycle to be developed by performing a simulation satisfying relational expressions for a touchdown phase, a stance phase and a flight phase.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

今日、脚を有しそれでもって移動する脚式移動ロボットが広く知られている。脚式移動ロボットの中で最も広く知られているのは、センサとアクチュエータと電子制御装置を備え、電子制御装置がセンサの検知情報に基づいてアクチュエータを電子制御することにより、脚を動作させ移動を継続するものである(例えば、特許文献1など)。これに対し、センサとアクチュエータと電子制御装置を備えずとも、移動を継続できる脚式受動歩行ロボットが提案されている(例えば、特許文献2など)。脚式受動歩行ロボットは、安定なリミットサイクルが存在するモデルによって適切に設計すれば歩行を継続することが可能である(例えば、非特許文献1など)。安定なリミットサイクルとは、歩行の状態の継続的な遷移からなる閉じた軌道であり、仮にその軌道の近傍に何らかの外力で離れたとしても再び閉じた軌道に収束する現象(引き込み現象)を起こすものである。

この脚式受動歩行ロボットに対し、1脚でもって移動(言い換えれば、走行)する1脚式受動走行ロボットが研究されている(例えば、非特許文献2、3、4など)。非特許文献2~4では、胴体部、それに回動可能に接続され脚部、胴体部と脚部の間の角度に応じた復元力を有するねじりバネ体、脚部において圧縮に応じた復元力を有する圧縮バネ体、が設けられた1脚式受動走行ロボットのモデルが用いられている。非特許文献2、3では、このモデルが地面に接している状態(stance phase)と空中に有る状態(flight phase)での各部の関係式を立ててシミュレーションを行っている。また、非特許文献4では、このモデルが地面に接している状態と空中に有る状態での各部の関係式に加え、着地時(touchdown phase)での各部の関係式を立ててシミュレーションを行っている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、1脚式受動走行ロボットの設計方法及びそれを用いて設計された1脚式受動走行ロボット又は多脚式受動走行ロボットに関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
胴体部と脚部を備え、重心位置を関節部として該関節部において前記胴体部に前記脚部の上端部が回動可能に接続され、前記関節部における前記胴体部と前記脚部の間の角度に応じた復元力を有する第1バネ体が設けられ、前記脚部には圧縮に応じた復元力を有する第2バネ体が設けられた1脚式受動走行ロボットのモデルがコンピュータ内に記憶されており、該1脚式受動走行ロボットのモデルによる前記コンピュータ内でのシミュレーションに基づいて設計を行う1脚式受動走行ロボットの設計方法であって、
着地直後の前記脚部の角度の変化の速度の導出に前記脚部の慣性モーメントとともに前記胴体部の慣性モーメントを含む計算式を用いたシミュレーションに基づいて設計することを特徴とする1脚式受動走行ロボットの設計方法。

【請求項2】
 
請求項1に記載の1脚式受動走行ロボットの設計方法において、
mを前記胴体部と前記脚部を含めた全重量、r0を前記脚部の自然長、JBを前記胴体部の慣性モーメント、JLを前記脚部の慣性モーメントとし、
前記脚部の鉛直方向からの角度をθ、前記胴体部の水平方向からの角度をφ、前記脚部の長さをr、前記関節部の水平方向の位置をx、前記関節部の鉛直方向の位置をyとすると、
着地時における前記θ、φ、rの変化は、下記(式1)、(式2)、(式3)に示す関係式を満たすシミュレーションに基づいて設計することを特徴とする1脚式受動走行ロボットの設計方法。
(式省略)

【請求項3】
 
請求項2に記載の1脚式受動走行ロボットの設計方法において、
重力加速度をg、前記第1バネ体のばね定数をKH、前記第2バネ体のばね定数をKLとし、
地面に接している状態における前記θ、φ、rの変化は、下記(式4)、(式5)、(式6)に示す関係式を満たし、
空中に有る状態における前記θ、φ、x、yの変化は、下記(式7)、(式8)、(式9)、(式10)に示す関係式を満たすシミュレーションに基づいて設計することを特徴とする1脚式受動走行ロボットの設計方法。
(式省略)

【請求項4】
 
請求項1~3のいずれか1項に記載の1脚式受動走行ロボットの設計方法を用いて設計されたことを特徴とする1脚式受動走行ロボット。

【請求項5】
 
請求項1~3のいずれか1項に記載の1脚式受動走行ロボットの設計方法を用いて設計されたことを特徴とする多脚式受動走行ロボット。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018106511thum.jpg
State of application right Published
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