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成果報告書詳細
管理番号20170000000050
タイトル平成27年度―平成28年度成果報告書 次世代ロボット中核技術開発 (革新的ロボット要素技術分野)自律型ヒューマノイドロボット/動物の骨格・動作分析による、走破性が高い省エネ型脚機構の開発
公開日2017/4/28
報告書年度2015 - 2016
委託先名学校法人日本医科大学日本獣医生命科学大学 株式会社テムザック
プロジェクト番号P15009
部署名ロボット・AI部
和文要約「次世代ロボット中核技術開発/(革新的ロボット要素技術分野)自律型ヒューマノイドロボット/動物の骨格・動作分析による、走破性が高い省エネ型脚機構の開発」に係る成果報告書(平成27年度?平成28年度)

 日本獣医生命科学大学では、まず、動作解析システムの構築に関して、犬の歩行訓練やその他のカメラ位置、体表マーカーの設定に関する検証を行い、動作解析の手技および条件を確立した。次に、犬の身体重心の測定を行い、体全体の重心位置の測定および四肢の分節ごとにおける重心位置の測定も実施し、そのデータは関節モーメント測定用パラメーターとして動作解析機器メーカーへ提供した。
さらに、ビーグル犬の歩行動作について、実際に動作解析システムを利用して測定し、各関節角度の変化や3Dスティックピクチャーの合成、関節モーメントの測定が可能となった。
犬の歩行時における各関節の角度変化について測定したデータを株式会社テムザックに提供し、脚機構モデルの設計に活用した。
犬の関節モーメントの測定に関しては世界的にも前例がないため、測定データの信頼性を検証中である。
 
 株式会社テムザックは、日本獣医生命科学大学が実施した「多目的なヒューマノイドロボットの駆動に応用可能な、動物の骨格構造および動作の分析」を基に、調査研究として、下記を目的とした省エネ型(モーター数の削減)で走破性・耐久性の優れたロボット駆動方法の開発及び駆動器具の部分的試作を行った。
1)筋リンク方式による既存駆動方式と比較して少ないモーターによる歩行駆動方式の開発
2)脚の下部が水没しても駆動が継続できる歩行構造の開発

基本的機構は、股関節軸上に股関節、膝関節、足首関節の3つの軸駆動用のレバーを配置し、膝及び足首関節軸はプーリー、ベルトを使用した伝達機構を用いて駆動力の伝達を行うものとし、各軸のレバーは接続されたロッドの先端にあるカムにより、軸と平行に前後レバーを揺動する。
股関節、膝関節、足首関節の各軸用のカムは、1台のモーター出力によって駆動することとした。
前述の脚機構構成により犬の後肢の動きを再現するため、日本獣医生命科学大学の分析データに基づき、各関節の角度とタイミングをそれぞれのカムを成形した。
試作機は調査研究の目的通り、脚の付け根部分の1か所のモーターにより犬の平面歩行と同様の各関節の動きを再現することが出来た。
また、股関節を含む地表までの各関節軸には電動機器が配置されていないため、脚の下部が水没しても駆動には影響しない構成となった。
英文要約Title: Strategic Advancement of Multi-purpose Ultra-human Robot and Artificial Intelligence Technologies / Highly off road Leg mechanism R&D as the energy saving model, based on analysis of animal’s skeleton and movements. (FY2015-FY2016)

Nippon Veterinary & Life Science University (NVLSU) and tmsuk Co.,Ltd. have collaboratively started the research study of the highly off road leg mechanism as the energy saving model.
NVLSU has initially established the basic measuring method and conditions by verifying the dog walking training, camera setting positions and markers setting on dog surface to analyze the dog walk movement appropriately.
Secondly, we measured the center of dog body gravity and the center of gravity of each limb part. Then, we supplied these data to the movement analysis device maker for making the measuring parameter of leg joint moment.
By measuring Beagle dog’s walking movement while using above analyzing system, it became possible to know the change of each joint angle, to synthesize 3 dimension stick picture and to measure the moment of each joint.
After completing to measure each joint angle at dog walking, we provided these data to tmsuk Co.,Ltd. for technical design of the leg walking mechanism.
So far, there is no precedent of measuring dog’s joint moment in the world, so we are verifying the reliability of measured data.

tmsuk Co.,Ltd. had studied the output of above analysis by NVLSU and developed the basic technical idea and produced the prototype of leg mechanism to realize the below purposes.
1) To develop the leg walking mechanism by muscle power linking system with less number of actuator than existing mechanism which need each actuator in each joint.
2) To develop the leg mechanism which can walk even under part of leg in water.

Developed idea is:
1) Only one actuator is put on the top and there are 3 cams in the same axis connected with actuator.
2) 3 joints (hip, knee & ankle) are linked by pulley belt to transfer the actuator power.
3) At the hip joint horizontal level 3 axis actuating levers are set to transfer each necessary movement between each cam and each axis.
4) Each cam is shaped to reproduce the dong’s each joint movement based on NVLSU analysis.

The prototype and the result, tmsuk Co.,Ltd. had successfully produced the prototype of leg walking mechanism based on the above idea and reproduced the dog’s walking movement as same as the analysis by NVLSU.
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