Hirose Fukushima Lab


脚-車輪ハイブリッド型４足歩行ロボット Roller-Walker	BACK TO WALKING ROBOTS

Movie.1 ダイジェスト

Movie.2 登坂

Movie.3 移動方法切り替え

　（1994年～）現在、不整地で高い踏破性を発揮する脚型移動ロボットと、硬平地で高速な移動を実現する車輪型ロボットの両方の特質を兼ね備えた脚―車輪ハイブリッド型移動体が注目されている。これまで試作された車体のほとんどは、歩行機械の足先あるいは胴体に能動車輪を付加したものであった。この車輪には、駆動系と操舵系のアクチュエータが付加されるため、かなり重量がかさんでいた。その結果、歩行モードにおいては脚を軽快に振ることができず、歩行機械としての特性は限定されていた。
　提案するRoller-Walkerは、この問題を解決するため、歩行機械の足裏を倒すとそれが受動車輪となり、脚を動かしてローラースケートのように推進する機構を有している（図1、写真2(a), (b)）。このような構造であるため、Roller-Walkerの脚には、車輪走行するための付加機構が実質的にほとんどなく軽量である。また歩行のための駆動系が車輪移動にも使用されるため、車体全体としても余分な自由度を装備せず軽量化できている。そのため、Roller-Walkerは脚運動性と車輪運動性の両方とも十分な性能を発揮するものと考えられる。ただし、受動車輪で推力を出し、操舵もするための脚の制御法はこれまで世界的にもまったく検討されていない。そのため現在我々は、Roller-Walker特有の脚軌道運動の生成法を検討中である。図２は得られた一つの運動例である。
　開発したRoller-Walker実験機（写真１）は､普及型４脚歩行機械TITAN VIIIの脚先に受動車輪を装備し、足首可変機構を付加している。高さ0.25m、左右幅0.6m、前後0.5 m、全重量24kg。ハイブリッド化に伴う重量増加はTITAN VIII本体の7%に抑えられている。車輪のキャンバー角はワイヤーを用いた平行リンク機構により、脚の姿勢に関わらず常に一定に保たれるようになっている。
　不整地ではTITAN VIII同様歩行を行い、硬平地上では図2に示すような軌道を左右対称に周期的に動かすことにより推進する。また写真3に示す実験では、歩行時の2倍を越えるおよそ0.8m/sの速度で直進できることを確認している。

Photo.1 Wheeled locomotion and trajectory

Photo.2a Walking mode

Photo.2b Skating mode

Fig.1 Leg trajectory refered from the body coordinate

Photo.3 Figure 8 propulsion

Photo.4 Rotational motion

References:

広瀬茂男, 竹内裕喜; ローラウォーカ：新しい脚-車輪ハイブリッド移動体の提案, 日本機械学会誌（Ｃ編）, 62, 599, pp.242-248 (1996)
広瀬茂男, 遠藤玄; ローラーウォーカーに関する研究：直進ローラーウォークの実験的検討, 第15回日本ロボット学会学術講演会予稿集, pp.443-444 (1997)
遠藤玄, 広瀬茂男; ローラーウォーカーに関する研究第3報：足首可変機構を有するシステムの構成, ロボティクス・メカトロニクス講演会’98講演論文集, pp.1CIII1-2 (1998)
遠藤玄, 広瀬茂男; ローラーウォーカーに関する研究第4報：直進ローラーウォークの4脚軌道, 第16回日本ロボット学会学術講演会予稿集, pp.207-208 (1998)
Shigeo HIROSE, Hiroki TAKEUCHI; Roller-Walker: A Proposal of New Leg-Wheel Hybrid Mobile Robot, Proc. Int. Conf. on Advanced Robotics, pp.917-922 (1995)
Shigeo HIROSE, Hiroki TAKEUCHI; Study on Roller-Walk (Basic Characteristics and its Control), Proc. IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, pp.3265-3270 (1996)
遠藤玄,広瀬茂男; ローラーウォーカーに関する研究 -システムの構成と基本的動作実験-，日本ロボット学会誌，Vol.18, No.2, pp.270-277 (2000)　[PDF]
遠藤玄,広瀬茂男; ローラーウォーカーに関する研究-脚軌道による推進特性適応的調節-，日本ロボット学会誌，Vol.26，No.6，pp.691-698 (2008) [PDF]