プロジェクト

• (2006-2010) 姿勢制御とリズム運動制御の統合

  脚の加負荷・除負荷に基づく位相調整を用いた， 低・中速での動歩行制御手法を提案した．

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.

これまでの経緯と要旨（ムービと論文リスト付）

• 2009-2010
  2008年に提案した手法の有効性とシミュレーション結果の妥当性を調べるために，新たに四足ロボット「小 鉄」を製作した．小鉄の各脚は，3つのセグメントから構成され，腰ピッチ，腰ロール，ひざピッチ，足首ピッチの4関節を持つ． 腰ロール関節はハイゲインフィードバックされているので、腰ロールの無いシミュレーションモデルと同等と考えられる．小鉄を用いた実験では重心位 置や力センサのノイズなどの問題があるため，、シミュレーションで用いられた同側脚間の上行性協調 機構(ACM)を 拡張した．脚負荷の閾値調節のためのACMでは，重心位置による歩容の不安定化に対してACMinhを 新たに導入し，シミュレーションで用いたACMをACMexcと名付けた．さ らに，前脚の遊脚運動を高速化するためのACMを変更しACMw (w is \omega)と名付けた．結果として，シミュレーションと同様なACMを 用い，反射の導入無しで、横方向外乱に対して適応的な歩行を実現することができた．
  

写真・仕様とムー ビー

実験結果 (すべての実験でACMinhが用いられている)

• 左前脚の着地時に左横方向から外力が入ったとき[ACMexcとACMw有 り] (WMV 4.3M) (WMV 4M)
• 左前脚のみが遊脚期のときに左横方向から外力が入ったとき[ACMexcとACMw無 し] (WMV 3M)
• 左前脚の着地時に左横方向から外力が入ったとき[ACMexcとACMw無 し] (WMV 3M)
• 整地での3次元歩行(ウォーク歩容，周期0.7s，歩幅10cm，歩行速度0.18m/s，無次元速度(フルード数のルート)0.12) 　(WMV 2.6M, QuickTIme 0.5M)

Publications

• C. Maufroy, H. Kimura and T. Nishikawa, Stable Dynamic Walking of a Quadruped Robot "Kotetsu" Using Phase Modulations Based on Leg Loading/Unloading against a Lateral Perturbation, Proc. of IEEE Robotics and Automation (ICRA2012), St. Paul, pp.1883-1888, 2012.5. (PDF) (PPT)
• C. Maufroy and H. Kimura, Stable Dynamic Walking of a Quadruped Robot “Kotetsu” against Perturbations on Posture and Rhythmic Motion, Proc. of Int. Symp. on Adaptive Motion of Animals and Machines (AMAM2011), Awaji, (accepted), 2011.10. (Extended Abstract: PDF)
• C. Maufroy, T. Nishikawa and H. Kimura, Stable dynamic walking of a quadruped robot "Kotetsu" using phase modulations based on leg loading/unloading, Proc. of IEEE Robotics and Automation (ICRA2010), Anchorage, pp.5225-5230, 2010.4. (PDF)
• 西川 朋宏，モフロァ クリストフ，木村 浩，四脚ロボット”小鉄”による脚の加負荷・除負荷に基づく位相調節を用いた四脚動歩行における姿勢とリズム運動制御の統合，第22回自律分散システム・シンポジウム予稿 集，pp.99-104，2010.01 (PDF)
• モフロァ クリストフ，西川 朋宏，木村 浩，脚の加負荷・除負荷に基づく位相調節を用いた4脚動歩行における姿勢とリズム運動制御の統合，SI2009 講演会論文集, pp.497-500, 2009.12 (PDF)

---

• 2008
  脚の加負荷・除負荷に基づく位相調整を用いた姿勢制御とリズム運動制御の統合手法の 有効性を確認するために，横方向摂動や不整地のような外乱がある場合の適応的な低・中速歩行をシミュレーションにより実現した．
  　一本の脚の運動を司る一つの脚制御器(leg controller, LC)は，目標軌道生成 部，関節PD制御部，位相力学部からなる．「遊脚相から支持脚相への遷移」と「支持脚相から遊脚相への遷移」をそれぞれ脚の「加負荷情報」と「除 負荷情報」を用いて制御する位相力学部により，矢状(sagittal) 面内での各脚のリズム運動が生成される．
  　二脚支持期に現れる倒立振子運動により発生する前頭(frontal) 面内運動は対側の脚間での脚負荷の移動を生じさせるので，脚の加負荷・除負荷は前頭面内における姿勢情報も含んでいる．従って，脚の加負荷・除負荷に基づく位相調整の結果 として，脚制御器(LC)間の直接的な結合無しにもかかわらず脚間協調(歩容)が発生し，低・中速での動歩行が実現 可能となった．
  　さらに，提案した手法が横方向の摂動に対してある程度の抵抗能力を持つこと，しか し，前頭面内運動の振幅を減少させる摂動に対抗するためには同側脚間の上行性協調機構(ACM)の追加が必要で ある．
  　結果として、LC間の弱い結合を用い，反射の導入無しで、適応的な歩容生 成・横方向外乱や不整地に対して適応的な歩行を実現することができた．
  

  シミュレーション結果

• 種々の不整地歩行 (WMV 3M)
• 左後脚の遊脚期開始時に右横方向から外力が入ったとき[ACM有 り] (WMV 3M)
• 左後脚の遊脚期開始時に右横方向から外乱が入ったとき[ACM無 し] (WMV 3M)
• 右前脚の遊脚期開始時に横方向外乱が入ったとき (WMV 3M)
• 歩行周期を変えながら (WMV 4M)
• 歩行速度を変えながら (WMV 4M)

Publications

• C. Maufroy, H. Kimura and K. Takase, Integration of Posture and Rhythmic Motion Controls in Quadrupedal Dynamic Walking using Phase Modulations based on Leg Loading/Unloading, AUTONOMOUS ROBOTS, Vol.28, No.3, pp.331-3531, 2010.04. (PDF, Abstract on line)
• C. Maufroy and H. Kimura, Stable Quadrupedal Dynamic Walking using Phase Modulations based on Leg Unloading, Proc. of Dynamic Walking 2009, Vancouver, (accepted), 2009.6 (Abstract)
• C. Maufroy, H. Kimura and K. Takase, Stable Dynamic Walking of a Quadruped via Phase Modulations against Small Disturbances, Proc. of IEEE Robotics and Automation (ICRA2009), Kobe, pp.4201-4206, 2009.5. (PDF)

---

• 2006-2007
  We carried out neuro-mechanics simulation of 2D hind legs stepping using a model of a cat. An independent LC (leg controller) consisted of three parts, those were, NPG (neural pattern generator), MOSS (motor output shaping stage) and PFCM (propulsive force control module). The swing to stance phase transition of a leg was determined by unloading of the leg. While using such phase transition, we successfully obtained alternative stepping of contralateral legs without the explicit coupling among LCs. This meant that we could generate stable 2D gaits using distributed and independent LCs.

  シミュレーション結果

  • 2D fore and hind legs stepping (WMV 3.5M)
  • 2D hind legs stepping while changing walking speed (WMV 19M)

  Publications

  • C. Maufroy, H. Kimura and K. Takase, Towards a general neural controller for 3D quadrupedal locomotion, Proc. of SICE Annual Conference (SICE2008), Tokyo, pp.2495-2500, 2008.08. (PDF)
  • C. Maufroy, H. Kimura and K. Takase, Towards a general neural controller for quadrupedal locomotion, NEURAL NETWORKS, Vol.21, No.4, pp.667-681, 2008.05. (PDF, Abstract on line)