バイオニックロボットの研究の重要な一分野として、バイオニッククローリングロボットは環境適応性に優れ、自然の生き物のように、荒れた地面、柔らかい地面、泥の多い地面を歩き、障害物を乗り越え、未知の環境と資源を探索することができる。 バイオニックロボットの歩行をどのように計画し、動物が這うような歩行を試みるかは、バイオニッククローリングロボットの研究の重要な焦点であり続けています。
中山大学航空宇宙学院の姜建平氏のチームは、シャムワニをロボットワニのバイオニックオブジェクトとして用い、3Dモーションキャプチャ技術による歩行観察実験を行い、対象となるワニの運動パターンを観察・モニタリングし、観察結果に基づいてロボットワニの移動歩行を設計し、CoppeliaSimソフトウェアのシミュレーション環境下でロボットワニのクローリング動作のシミュレーション実験を完了しました。 ロボットワニのバイオニック歩行計画に有効なソリューションを提供することができた。
歩行観察実験
歩行観察実験場
歩行観察対象者
実験チームは、NOKOVモーションキャプチャシステムを使用して、ワニの歩行を観察しました。 15個のNOKOV Mars 4Hモーションキャプチャレンズを用いて、ワニの前脚と後脚の股関節（寛骨臼の上）、膝（脚を曲げたときの膝の外側）、足首（脚を曲げたときの足首の外側）に取り付けられたマーカーポイントの座標を取得し、ワニのハイステップクロールのリアルな運動特性を得ました。
実験データ曲線とフィッティング曲線の比較の模式図
研究チームは、観察実験で得られた前脚と後脚の膝関節と足首関節の3次元曲線を、ガウス・ニュートン法の目標曲線として使用しました。 前脚と後脚の適合曲線の誤差はそれぞれ2.55％、2.17％であり、適合データと実験データの類似性は良好でした。
バイオニックゲートシミュレーション実験
バイオニックロボット・クロコダイルの這い上がり動作のシミュレーション
実験チームは、仮想ワニを制御するために、CoppeliaSimでワニの仮想プロトタイプを構築し、MATLABを用いてシミュレーション環境との通信を行いました。 シミュレーションの結果、ワニの各部が干渉することなく、足を交互に振りながら着実に前へ這い進み、支持期と遊脚期の移行がスムーズで、実際のワニの歩行とよく似ていることが確認されました。
仮想プロトタイプの運動シミュレーションの結果、実際のワニに近い歩容で、0.3m/sの速度で前方に這い上がることができ、高い安定性を有することがわかった。 この結果は、クロコダイルの運動歩行を計画する際の参考となる。
参考文献
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