順動力学モデルと仮想外力を用いた動的姿勢安定を考慮した多体システムの動作生成

摘要

近年，ロボットは多様化，多自由度化が進hでいる．高い自由度を持つロボットは，その冗長性を利用することによって，障害物の回避や重心位置の制御といった，複数の要求を満たした動作が可能になる．しかし，そういった冗長性を利用した動作は，動作の生成そのものが課題となることが多い．高い冗長性を持つロボットは，動作目標を与えられたとき，目標を達成できる動作が無数に存在する．そのため，一般的に逆運動学の解が一意に定まらない．これは逆運動学の不良設定問題として知られ，高冗長なロボットの動作生成を難しくする一因となっている．ロボットのような多体システムの動作生成手法として，コンフィギュレーション空間を利用した手法が古くから用いられている．コンフィギュレーション空間とはロボットの各関節角度を座標軸として定義された空間であり，空間上の点はロボットの姿勢と対応し，実空間でロボットが取りえない姿勢をコンフィギュレーション障害物として内包している．コンフィギュレーション障害物を避けながら初期姿勢と目標姿勢をつなぐ軌跡を生成することでそれを動作とする．軌跡の生成にはポテンシャル法やルート探索が利用される．この手法は，コンフィギュレーション障害物の重ね合わせができるため，複数の動作条件を守ることは容易である．しかしコンフィギュレーション空間の生成や経路探索において反復計算が必要であり，リアルタイムでの動作生成や，高自由度の対象には適用しにくいといった欠点がある．