Towards a general controller for quadrupedal locomotion

脚の加負荷・除負荷に基づく位相調整を用いた「四足歩行・走行制御手法の統一」に向けて

四足動物は直立した脚を持ち，重力場という環境の中で身体の持つ力学的特性を巧みに利用して優れた運動性能を示す．我々はその原理を探り，ロボット開発に生かしたい．この研究の最終ゴールは

汎用の脚式移動制御手法を開発し，四足ロボットの低・中・高速での移動能力を向上させる．
生物学(神経生理学，神経行動学，バイオメカニクスなど)研究のツールとなる「四足動物(イヌやネコ)の神経‐筋骨格系」および「環境との相互作用」の構成論的モデルを作成し，計算機シミュレーションやロボットを用いた実験により四足動物における運動生成・適応のメカニズムの解明を目指す．

ことである．なお，以下の研究では脊髄レベルでのリズム運動(歩容)生成・姿勢制御と小脳レベルでの歩容調節を基本としているので，脳幹経由の前庭脊髄反射に相当する「遊脚着地角制御」は用いない．また，視覚適応を前提とした「着地点の選択」も考慮しない．

除脳ネコ(視床ネコ)のsplit-beltトレッドミル歩行での歩容適応モデルの構築

スプリットベルト・トレッドミル歩行における視床ネコの小脳適応 (Yanagihara 1993,1998，柳原 2010)を，四脚ロボットを用いて再現し視床ネコの歩容適応の構成論的理解を目指す．

参考文献

Yanagihara, D., Udo, M., Kondo, I., Yoshida, T.: A new learning paradigm: adaptive changes in interlimb coordination during perturbed locomotion in decerebrate cats. Neuroscience Research, vol.18, pp.241-244, 1993.
柳原大: 歩行の適応的制御に関わる小脳の一酸化窒素. 運動生化学，vol.10，pp.11-16，1998．
柳原大: 歩行の神経機構－調節系－. 身体適応－歩行運動の神経機構とシステムモデル，シリーズ移動知第2巻，オーム社，pp.63-80，2010．
Fujiki, S., Aoi, S., Funato, T., Tomita, N., Senda, K., Tsuchiya K.: Adaptation mechanism of interlimb coordination in human split-belt treadmill walking through learning of foot contact timing: a robotics study. J. Royal Soc. Interface vol.12, [doi:10.1098/rsif.2015.0542], 2015.
Frigon, A., et al.: Left-right coordination from simple to extreme conditions during split-belt locomotion in the chronic spinal adult cat. J. Physiol. vol.595, no.1, pp.341-361, 2017.
Aoi, S., Amano, T., Fujiki, S., Senda, K., Tsuchiya K.: Fast and slow adaptations of interlimb coordnation via reflex and learning during split-belt treadmill walking of a quadruped robot. Frontiers in Robotics and AI, [doi:10.3389/frobt.2021.697612], 2021.

参考文献

T.G. Brown, Decerebrate Cat Movie (1939), in Video: The Basal Ganglia and Brainstem Locomotor Control edited by E. Garcia-Rill, 1989.
Haken, H.: Principles of Brain Functioning, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1996. (奈良，山口訳：脳機能の原理を探る，Springer-Verlag Tokyo, 2000)
Aoi, S., et al., A stability-based mechanism for hysteresis in the walk-trot transition in quadruped locomotion. J. Royal. Soc. Interface, 10, [doi:10.1098/rsif.20120908], 2013.
Fukuoka, Y., et al., A simple rule for quadrupedal gait generation determined by leg loading feedback: a modeling study, Sci. Rep. 5, [http://dx.doi.org/10.1038/srep08169], 2015.

歩行

走行

参考文献

Grillner, S. and Rossignol, M.: On the initiation of the swing phase locomotion in chronic spinal cats. Brain Res. vol.146, pp.269-277 1978.
Duysens, J. and Pearson, K.G.: Inhibition of flexor burst generation by loading ankle extensor muscles in walking cats. Brain Res. vol.187, pp.321-32, 1980.
Pearson, K.G.: Role of sensory feedback in the control of stance duration in walking cats. Brain Res. vol.57, no.1, pp.222-227, 2008.
Ekeberg, O., Pearson, K.G.: Computer simulation of stepping in the hind legs of the cat: an examination of mechanisms regulating the stance-to-swing transition. Neurophysiol. vol.94, no.6, pp.4256-4268, 2005.