私は歩行ロボットが大好きです

歩行ロボットとは？

歩行ロボットには2足歩行の人型ロボットや4足歩行の犬型ロボット、さらには6足のクモ型ロボットなど、さまざまな種類があります。

歩行ロボットって、本当にロボットらしくてかっこいいですよね。でも、「ロボコンではあまり使われないんじゃないの？」と思うかもしれません。

実は、高専ロボコンや学生ロボコンでは、5年に一度くらいの割合で歩行が求められる競技があります。急に歩行機能を求められた制御エンジニアの苦労を思うと、知っておいて損はありません。

そこで、歩行ロボットの制御について簡単に解説していきます。

基本的な用語解説

歩行ロボットについて調べても、なかなか情報が見つからないことがあります。まずは、基本的な用語を説明します。

• 静歩行：重心が、接地している足の範囲内にある状態での歩行。
• 動歩行：慣性力を考慮し、重心位置（ZMP）が接地している足の範囲内にある状態での歩行。
• 歩容：歩行パターンのこと。犬型の4足歩行ロボットでは、以下のような歩容があります。
  • トロット歩容（Trot gait）
  • ペース歩容（Pace gait）
  • ウォーク歩容（Walk gaitまたはCrawl gait）
  • バウンス歩容（Bounce gait）
  • ギャロップ歩容（Gallop gait）

各歩容の周期は以下の表のようになります。

足	Trot	Walk	Pace	Bounce	Gallop
左前	0°	0°	0°	0°	0°
左後	180°	270°	0°	180°	270°
右前	180°	180°	180°	0°	90°
右後	0°	90°	180°	180°	180°

歩行ロボットの基本制御

歩行ロボットの制御は、重心と足先の位置を考慮した軌道生成から始まります。

軌道生成

4足歩行ロボットの足の位置を決める軌道生成には、ベジエ曲線がよく使われますが、sin関数でも制御することが可能です。

WalkからTrotへの遷移 (静歩行から動歩行)

各脚の支持期間を調整しながら、重心がスムーズに移動するように制御します。

逆運動学

Roll、Pitch、Yawの回転行列を使用し、逆運動学を用いて各関節の角度を計算します。