1. はじめに
2023年9月11日(月) から14日(木) に仙台国際センターにて開催された第41回日本ロボット学会学術講演会のセッションレポートをお届けします．
2. セッション
今回レポートしたセッションは最終日の9月14日に開かれた一般セッション「ヒューマノイド(2/2)」です．本セッションでは，ヒューマノイドロボットの開発や応用に関する 4件の発表が行われました．まずは，それぞれの発表の概要を紹介します．
1件目は，早稲田大学と神奈川大学による「脚弾性を活用した２足走行ロボットのための高出力発揮・トルク計測可能な剛性可変機構の開発」[1] です．人間と同程度の出力発揮と剛性変化を実現し，トルクの計測が可能なヒューマノイドロボットの開発に向けて，弾性要素を用いた足部機構を開発しています．
2件目は，早稲田大学と神奈川大学による「脚弾性を活用した２足走行ロボットのための軽量・高出力発揮可能な脚機構の開発」[2] です．人間と同程度の質量と出力特性を実現するため，大腿に取り付けたアクチュエータが足関節のみを駆動する非干渉リンク式パラレル機構を開発しています。
3件目は，東京大学による「大出力等身大ヒューマノイドロボット JAXON における水冷モータユニットの改良と熱流体解析」[3] です．等身大ヒューマノイドロボット JAXON の大きな出力を可能にする W モータの水冷ユニットにおいて，熱流体解析を用いて冷却ムラや流路抵抗を低減する設計改良を実施しています．
4件目は，日本大学による「両脚の歩容パターンを生成する人型筋骨格ロボット制御用ハードウェア CPG モデルの開発」[4] です．両脚を有したヒューマノイドロボットの歩容パターンを上位中枢入力で生成可能な CPG モデルの開発を目的として，その回路シミュレーションと表面実装回路の設計をしています．
これらの中から，私が特に興味を抱いた1件目の「脚弾性を活用した２足走行ロボットのための高出力発揮・トルク計測可能な剛性可変機構の開発」について詳しくレポートします．
3.「脚弾性を活用した２足走行ロボットのための高出力発揮・トルク計測可能な剛性可変機構の開発」 (早稲田大学，神奈川大学)[1]
人間の運動を工学的に解明するため，人間の特性を模倣したヒューマノイドロボットが開発されています．特に，筆者らは人間の跳躍や走行動作に着目しています．人間の走行では下肢関節がねじりばねのように機能し，走行速度に応じて関節の剛性が変化するなどの特徴があります．筆者らの先行研究では，膝と足関節に直列弾性要素を有した2 足走行ロボット WATHLETE を開発し，能動的な蹴り出しや連続跳躍，全身協調を実現しています．しかしながら，本ロボットの課題として，発揮トルクを計測できないため運動制御が困難である点や，足関節の剛性を能動的に変化できない点がありました．そこで本研究では，人間と同等の出力を発揮可能でありながら，発揮トルクの計測と能動的な関節剛性変化が可能な足部機構を開発したそうです．
図1 剛性可変機構 [1]
図2 剛性可変機構の原理 [1]
本研究で開発された剛性可変機構を図 1，本機構の原理を図 2 に示します．本機構は台形の板ばね，モータ，減速機，ボールネジで構成されています．モータがプーリやベルトで構成された減速機とボールネジを介して板ばねの荷重点を変更することで，板ばねの有効長が変化して足関節の剛性が変化します．板ばねにはひずみセンサが取り付けられ，板ばねのひずみから発揮トルクを計測します．本機構の寸法や出力は，実際に測定された人間のデータを基に設計されていて，さらに軽量で省スペースな機構を意識しているため，人間の出力特性を再現しつつも重量が大きくならないように工夫されていると感じました．さらに，関節の剛性を変化するために要する時間は比較的短く，走行中の短い期間における剛性変化も可能だと思いました．またトルク計測実験では，回路の不具合等が生じて誤差が約 20 % となっていたため，今後は高精度なトルク計測が実現し，ヒューマノイドロボットの特性がさらに人間に近づくことを期待しています．
4. おわりに
以上，一般セッション「ヒューマノイド(2/2)」のレポートでした．本セッションは，ヒューマノイドロボットの開発から応用まで幅広い研究が発表されていたため，大変勉強になりました．また会場では，学生だけでなく企業の技術者からの質問も多かったため，ヒューマノイドロボットの分野は特に注目されていると感じました．
参考文献
[1] 金丸光希, 津野太希, 峯下弘毅, 大谷 拓也, 川上 泰雄, 林憲玉, 高西淳夫, “脚弾性を活用した２足走行ロボットのための高出力発揮・トルク計測可能な剛性可変機構の開発” , 第41回日本ロボット学会学術講会, 3B2-01, 2023.
[2] 津野太希, 金丸光希, 峯下弘毅, 大谷拓也, 川上泰雄, 林憲玉, 高西淳夫, “脚弾性を活用した２足走行ロボットのための軽量・高出力発揮可能な脚機構の開発” , 第41回日本ロボット学会学術講会, 3B2-02, 2023.
[3] 西将徳, 小島邦生, 岡田慧, 稲葉雅幸, “大出力等身大ヒューマノイドロボット JAXON における水冷モータユニットの改良と熱流体解析” , 第41回日本ロボット学会学術講会, 3B2-03, 2023.
[4] 藤達巳, 石濱拓実, 岡本莉菜, 山﨑健太郎, 國分優剛, 金子美泉, 内木場文男, “両脚の歩容パターンを生成する人型筋骨格ロボット制御用ハードウェア CPG モデルの開発” , 第41回日本ロボット学会学術講会, 3B2-04, 2023.
石井優丞 (Yusuke Ishii)
2022年中央大学理工学部精密機械工学科卒業，同年中央大学大学院理工学研究科精密工学専攻博士前期課程入学．人間の跳躍力を強化するパワードスーツやヒューマノイドロボットの跳躍に関する研究に従事．日本ロボット学会学生編集委員．
