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SHISEIGYO-1 Walkerを実現させたい俺3 ーバランス動作検討ー

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前回はSHISEIGYO-1 Walkerの足構造と逆運動学を再検討し、ヨチヨチではありますが歩行動作を確認いたしました。

SHISEIGYO-1 Walkerを実現させたい俺2 ー歩行検討1ー

ここではバランス動作について検討します。

 

 

バランス動作検討

使用している姿勢制御装置にはホイール回転数から動的に目標姿勢角を調整するIDRS機能がついており、床の傾きやゆるやかな外乱に耐性を持たせております。

 

倒立角動的再調整システム Inverted angle Dynamic Readjustment System (IDRS)については以下の通りです。

 

前回検討したように天板を水平に保ってIDRS機能のみでの制御では、足をホイール回転軸の極力直下に配置するように移動させる花魁道中のような歩行になります。

この手法を最適化してスムーズな歩行を目指してもいいのですが、せっかくなので足の配置の自由度を高める検証をしてみました。

足座標からバランス姿勢角導出

IDRSに加えて接地する足の座標からバランスする角度を算出して制御目標角としてみます。
具体的には接地する足先の座標とホイール回転軸が地面に対して垂直になるように制御します。

SHISEIGYO-1 Walkerは足の位置を 股関節のロール角$θ_0$と足の前後(X軸)位置と上下(Z軸)位置で指定します。

バランスオフセット角$θ_{offset}$は以下の図より

   $\tan θ_{offset}= \frac{z \tan{θ_0}+29}{34.6+28+z}$ から

$$θ_{offset} = \tan^{-1} \left(\frac{z \tan{θ_0}+29}{34.6+28+z}\right) で導出されます。$$

このオフセット角$θ_{offset}$を制御目標角に付与して制御します。

動作

片足バランス後に 股関節のロール角を変えてみました。

目標姿勢角も変更されいい感じにバランス追従できました。

 

おわりに

ここでは足の座標からバランスする姿勢角を算出してオフセットとして付与しリアクションホイールを制御いたしました。

これにより足の接地位置の自由度は増しました。
しかし この機構をどのように歩行に利用するかはよく検討しないといけません。

なんだか発散しそうになってるけど、ここからがエンジニアリングの醍醐味でありましょうから楽しんでやっていきたいです。

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