脚式ロボット

脚式ロボットは、移動のために機械的な手足を使用する移動ロボットの一種です。 それらは車輪付きロボットよりも汎用性があり、多くの異なる地形を横断することができますが、これらの利点は複雑さと消費電力の増加を必要とします。 脚式ロボットは、生体模倣の例で、人間または昆虫のような脚の動物を模倣することが多い。

タイプ
脚式ロボットは、使用する歩行を決定する使用する四肢の数によって分類することができる。 多足ロボットはより安定している傾向がありますが、足の数が減るほど操作性が向上します。

片足
片足式またはポゴ式のスティックロボットは、ナビゲーションにホッピングモーションを使用します。 1980年代、カーネギーメロン大学はバランスの取れた片脚ロボットを開発しました。 バークレーのSALTOはもう一つの例です。

二足歩行
二足歩行または二足歩行ロボットは二足歩行運動を示す。 このように、彼らは2つの主要な問題に直面している:

ロボットのバランスを意味する安定性制御、および
モーションコントロールは、移動するロボットの能力を指します。

安定性制御は、安静時でも前後方向のバランスを維持しなければならない二足歩行システムにとって特に困難である。 いくつかのロボット、特に玩具は、大きな足でこの問題を解決します。 あるいは、より進んだシステムは、加速度計やジャイロスコープなどのセンサーを使用して、人のバランスに近似した方法で動的なフィードバックを提供します。 このようなセンサは、運動制御および歩行にも使用される。 これらのタスクの複雑さは、機械学習に役立ちます。

単純な二足歩行運動は、各辺の長さが単一ステップの長さと一致する回転ポリゴンによって近似することができる。 ステップの長さが短くなると、辺の数が増え、動きは円の数に近づきます。 これは、歩幅の限界として、二足歩行を車輪運動に結びつける。

2脚ロボットには次のものが含まれます。

ボストン・ダイナミクスのアトラス
QRIOやASIMOなどのおもちゃロボット。
NASAのバルキリーロボット。火星で人間を助けることを目的としています。
ピンポンがTOPIOロボットを演奏しています。

4脚
4足歩行ロボットまたは4足歩行ロボットは4腕運動を示す。 彼らは二足歩行ロボットに対する安定性の向上、特に運動時の安定性の恩恵を受ける。 低速では、4足ロボットは一度に1つの足だけを動かし、安定した三脚を確保することができる。 4足歩行ロボットは、2足歩行システムよりも低い重心の恩恵を受ける。

4つの脚ロボット:

広瀬米田研究所が1980年代に開発したTITANシリーズ。
Boston Dynamics、NASAのJet Propulsion Laboratory、Harvard University Concord Field Stationによって2005年に開発された動的に安定したBigDog。
BigDogの後継者であるLS3。

6足
6足ロボットまたは6脚ロボットは、2足または4足ロボットよりもさらに大きな安定性が求められています。 彼らの最終的なデザインはしばしば昆虫の仕組みを模倣し、その歩容は同様に分類することができる。 これらには、

ウェーブ歩行:足のペアが後ろから前へ「波」で動く最も遅い歩行。
三脚歩行:わずかに速いステップで、3本の足が一度に動く。 残りの3本の脚は、ロボットの安定した三脚を提供します。

6足ロボットには次のものが含まれます。

Odexは、1980年代にOdeticsによって開発された375ポンドのヘキサポッドであった。 Odexは、各脚を制御する車載コンピュータとは区別されていました。
初期の自律6脚ロボットの1つであるGenghisは、1980年代にRodney BrooksによってMITで開発されました。
現代のおもちゃシリーズ、Hexbug。

8足
8足歩行ロボットは、クモや他のクモ形類、水中の歩行者に触発されています。 彼らははるかに最大の安定性を提供し、脚式ロボットの初期の成功を可能にしました。

8足ロボットには以下が含まれます:

Erebus山を探索するために設計されたCarnegie Mellon UniversityプロジェクトのDante。
T8Xは、スパイダーの外観と動きをエミュレートするように設計された市販のロボットです。

ハイブリッド
一部のロボットは、足と車輪の組み合わせを使用します。 これにより、車輪付き歩行の速度とエネルギー効率、ならびに脚式歩行の移動性が機械に与えられます。 ボトム・ダイナミクス・ハンドルは、両脚にホイールを備えた2足歩行ロボットであり、その一例です。

歩行動作

静的歩行
静的歩行は、ロボットの重心が常に足の上にあるため、外力の作用なしに転倒することはありません。

動的な歩行と走行
動的歩行とは、ロボットの重心が、ロボットが落ちることなく足の領域の外に出ることができる場合である。 実際には、ロボットが突然停止すると「制御された落下」が起きる可能性があります。

動的歩行とは、速度を維持するために必要な動作が、ロボットの脚が地面に接触していない瞬間をもたらすときである。

静的移動ロボット
古典的な歩行ロボットは、アクチュエータ、センサ、コンピュータ制御装置で構成されています。 「脚」は、通常、所定の運動プログラムが巻き戻されるようにサーボモータによって移動される。

2足歩行静的歩行ロボット
ロボットASIMOは最高速度6km / hで動きます。サイズは1.30m、重さは52kgで、電気エネルギーが多く必要です。 彼の特別な能力は、彼が階段を登ることができることです。

6足歩行ロボット
六足構造は、静的に安定した歩行ロボットの理想的な基盤です。 したがって、不均一な地形での移動に適しています。 2つの歩行(脚の動きのシーケンス)があります。

三脚コース
テトラポッド移行

三脚の歯車はいつでも地面に3本の脚を持っています(例:インドスティック昆虫、3本足と3本の脚を持つ)。

四足歩行は、常に4本の足を地面に持っています(4本足、2本足を振る)。

6つの直交する脚部を有する歩行者の場合、脚部の動きのシーケンスとは別に、脚部の動きの原理に従って区別される。

フォロワー(リーダーに従う)(例えば、三脚ギア、四足ギア)
サーキュラーウォーカー
ウェブランナー(ウィービングウォーカー)

6足の生き物は信者として走る。 一方の脚は、他方の脚は(どんな順番で)後ろに続く。 マシンはもっと多くのことをすることができます 円形ランナーでは、右側の3本の脚は共通の回転軸を持っています – 時計の手のように(左側の脚に対応)。 最後の脚は一番上の脚の前で振られます。 しかし、最後の足はどのように他の2本の足を通過するのですか? それは単純に腹の下でスイングする(ロボットプラットフォーム)。

ウェブランナーは生物学的に不可能な動きもする。 Webランナーでは、6本の脚はすべてプラットフォームの中心にある共通の垂直軸上に座ります。 各脚は全身を完全に回ることができます(水平伸縮式の動きにより可能になります)。 脚は、外側の他の2本の脚の周りを回って、それらの最も後ろの位置から最前面の位置に移動する。

不均一な地形を歩いて歩く場合、ロボットは主要な進行方向から離れすぎることなく、ステップサイズ(足場選択エリア)内で安全なタッチダウンポイントを見つけることが重要です。

動的歩行ロボット
パッシブダイナミックランナー
エネルギー源なしで動くことができるランニングロボットは、150年前に発明されたおもちゃに基づいています。 それはちょうど誘発されなければならなかったし、それから小さい坂を単独で走らせることができた。 これを行うために、おもちゃは右から左に揺れ、少し前に脚をまっすぐに振ります。 それからそれは左から右に揺れ、他の足は前方にスイングする。

この構造により、玩具はエネルギー効率が良くなり、技術的に進歩した走行ロボットの出発モデルとなります。 1980年代、Tad McGeerはこのおもちゃで実現された動きを安定させるために振り子の原理を使用しました。 もはや複雑で遅い制御システムは、ロボットを作動させるはずですが、筋骨格系システムの構造は、追加のアクションなしに実行中のロボットを安定させるはずです。 単純な玩具の構造に「ヒップ」または「可動足」が補足されている場合、そのような歩行ロボットは、移動中の質量を加速するときにのみエネルギーを必要とし、ブレーキ時には以前の走行ロボットと同じようにエネルギーを必要としない。