The Development of Honda Humanoid Robot

動画引用元論文

The Development of Honda Humanoid Robot

著　者
Kazuo Hirai, Masato Hirose, Yuji Haikawa, Toru Takenaka
収　録
Proceedings of the 1998 IEEE International Conference on Robotics & Automation
発　行
MAY 20, 1998
要　旨
In this paper, we present the mechanism, system configuration, basic control algorithm and integrated functions of the Honda humanoid robot. Like its human counterpart, this robot has the ability to move forward and backward, sideways to the right or the left, as well as diagonally. In addition, the robot can turn in any direction, walk up and down stairs continuously. Furthermore, due to its unique posture stability control, the robot is able to maintain its balance despite unexpected complications such as uneven ground surfaces. As a part of its integrated functions, this robot is able to move on a planned path autonomously and to perform simple operations via wireless teleoperation.

Speaker

竹中 透
竹中 透 / Toru Takenaka

その他 執筆論文（共著含む）

ヒューマノイド 人間型ロボット

著　者
広瀬 真人、竹中 透、五味 洋、小澤 信明
収　録
日本ロボット学会誌（Vol.15, No.7）
発　行
1997年10月
要　旨
1996年12月20日に、基礎研究の一環として研究開発を進めてきた人間型ロボットのプロトタイプを公開した。　この人間型ロボットは、二つの腕と2本の脚を持ち、平坦面の歩行、凹凸路面や傾斜面での歩行、階段の上り下りなどができる。また、オペレータの無線遠隔操作により、毛糸指示による自律移動と動作指示による簡単な作業を実行できる。本稿では、人間型ロボットの全体構造、オペレータの操作、ロボットの持つ機能、2足歩行の基本的な制御についてその概要を紹介する。

ヒューマノイドロボット ASIMO の開発

著　者
広瀬 真人、竹中 透
収　録
Honda R&D Technical Review（Vol.13, No.1）
発　行
2001年4月
要　旨
Hondaは新しいモビリティへのチャレンジとして、二足歩行ヒューマノイドロボットの開発に取り組んできた。そのなかで、新しい時代を切り開く革新的モビリティ：Advanced Step in Innovative MObilityである「ASIMO」を開発した。これは、人の身近なところで、実際に人の役に立つ存在であることを目標に、生活環境に適合できるミニマムなサイズ（身長1200mm、重量43kg）で実現させたものである。また、従来の研究で培ってきた技術をさらに発展させることにより、その機能を進化させた。特に歩行に関しては、従来の歩行安定化制御に加え予測制御技術を取り入れた新しい「自在歩行技術」により、スムーズで連続的な移動が可能となった。

ヒューマノイドロボット「ASIMO」の設計思想

著　者
竹中 透
収　録
Journal of Society of Automotive Engineers of Japan
発　行
2001年
要　旨
2000年11月に公開した標記のロボットを紹介した。僅かな凹凸により転倒した初期のロボットは、ゴム系スポンジとゴムブッシュを用いて、機構的には不安定になるが床反力の変動を減らして姿勢制御を容易にした。その後、両脚コンプライアンス制御、モデルZMP(ゼロモーメント点)制御、および着地位置制御からなる姿勢制御体系が確立した。ASIMOでは歩行中、滑らかで自由自在に歩行パターンを変更できる。

The control system for the Honda humanoid robot

著　者
Toru Takenaka
収　録
Age and Ageing（Vol.35, Suppl 2）
発　行
September 2006
要　旨
To avoid tipping over either during walking or on standing up, humans will first push down hard on the ground with a part of the sole of the foot. Our biped robot's control system attempts to reproduce and execute the same postural control operations carried out by humans. In this article, we present the history of robot development at Honda, fundamental dynamics for robots and the principles of posture control.

ヒト型ロボットの制御システム

著　者
竹中 透
収　録
脳科学とリハビリテーション　Vol.7
発　行
2007年
要　旨
Hondaは1986年から、新しいモビリティの創造の一つとして、「人間と共存・協調し、社会の中で役にたつことにより、新しい価値をもたらすヒューマノイドロボット」の研究を行ってきた。1996年には、世界初の自律二足歩行ヒューマノイドロボットP2（身長180㎝）を試作・公開し、1997年には、より人間に近いサイズ（身長160㎝）のプロトタイプモデルP3を製作・発表した。これらのロボットで培った技術をさらに発展させるとともに、より親しみやすく人間環境で活躍できるミニマムサイズ（身長120㎝）のヒューマノイドロボット「ASIMO」を2000年10月末に誕生させた。「ASIMO」とは、「新しい時代を切り開く革新的モビリティ：Advanced Step in Innovative MObility」を意味した名称である。以下では、人間的な自然な安定歩行を可能にしたHondaロボットの歩行技術について紹介する。

ヒト型ロボット(アシモ)

著　者
竹中 透
収　録
第44回日本リハビリテーション医学会学術集会
発　行
2008年
要　旨
Hondaは1986年から、新しいモビリティの創造の1つとして、「人間と共存・協調し、社会の中で役に立つことにより、新しい価値をもたらすヒューマノイドロボット」の研究を行ってきた。1996年には、世界初の自立二足歩行ヒューマノイドロボットP2（身長180cm）を試作・公開し、1997年には、より人間に近いサイズ（身長160cm）のプロトタイプモデルP3を製作・発表した。これらのロボットで培った技術をさらに発展させるとともに、より親しみやすく人間環境で活躍できるミニマムサイズ（身長120cm）のヒューマノイドロボット「ASIMO」を2000年10月末に誕生させた。「ASIMO」とは、「新しい時代を切り開く革新的モビリティ：Advanced Step in Innovative MObility」を意味した名称である。以下では、人間的な自然な安定歩行を可能にしたHondaロボット歩行技術の基本原理と根底にある設計思想について紹介する。

二足歩行ロボットの走行歩容生成

著　者
竹中 透、松本 隆志、吉池 孝英、城倉 信也
収　録
Honda R&D Technical Review（Vol.20, No.2）
発　行
2008年
要　旨
二足歩行ロボットの走行速度を上げようとすると、離床直前または着地直後にスリップやスピンが発生してバランスを崩しやすくなる。この問題を解決するために、動力学的な安定性を保証しつつスリップとスピンを抑制する歩容生成技術を開発した。この技術では、足底と床との間の摩擦力に、接地荷重の変化に対応して連続的に変化する許容範囲を設定し、この許容範囲を超過しないように上体の水平加速度、上体の曲げおよびひねりを調整する手法を用いている。またこの技術は、遅いジョギングのような接地荷重が完全にはゼロにならない歩行と走行との中間的な運動や、低い摩擦係数の床での歩行に対しても、床摩擦力の許容範囲を変更するだけで統一的に適用できる。この技術を用いてASIMOと同じサイズの実験機にて10km/hの走行を実現した。

Real Time Motion Generation and Control for Biped Robot-1st Report: Walking Gait Pattern Generation

著　者
Toru Takenaka, Takashi Matsumoto, Takahide Yoshiike
収　録
2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
発　行
October 2009
要　旨
Generating stable dynamic motions for a biped robot in real time is difficult due to the unstable nature of biped systems and their high degrees of freedom. We propose an approximate dynamics model for biped robots with three masses and no kinematic constraints. We also propose a relaxed boundary condition called “the divergent component of motion”. These techniques allow us to generate walking gait patterns with large margin from the edges of support polygon in real time.

Real Time Motion Generation and Control for Biped Robot-2nd Report: Running Gait Pattern Generation

著　者
Toru Takenaka, Takashi Matsumoto, Takahide Yoshiike
収　録
2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
発　行
October 2009
要　旨
Bipedal running can easily result in a fall due to poor availability of the ground reaction force at the boundary of the flight and support phases. We propose methods to decompose and synthesize a running gait pattern into vertical, horizontal and rotational components so that time-dependent ground friction limits are satisfied. We also extend previously proposed boundary condition, the divergent component of motion, for switching walking gait patterns into running which involves vertical acceleration of the center of gravity. Using these techniques, running at 10 km/h is achieved on a real robot whose dimension are same as ASIMO.

Real Time Motion Generation and Control for Biped Robot-3rd Report: Dynamics Error Compensation

著　者
Toru Takenaka, Takashi Matsumoto, Takahide Yoshiike
収　録
2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
発　行
October 2009
要　旨
Trajectories generated from approximate dynamics models can lead biped robots to fall down due to the difference of dynamics between the approximate dynamics model and the real robot. In this paper, we propose real time methods to compensate for the dynamics error using dynamics error compensation models. Our methods satisfy the horizontal ground reaction force and moment limits so that no slip is caused with the ground. We also propose a method to compensate for the knee dynamics error which is not modeled in our approximate dynamics models. Combining these techniques, running motion is achieved on a real biped.

Real Time Motion Generation and Control for Biped Robot-4th Report: Integrated Balance Control

著　者
Toru Takenaka, Takashi Matsumoto, Takahide Yoshiike, A. Orita
収　録
2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
発　行
October 2009
要　旨
A controller for biped running has to consider varying vertical ground reaction force while satisfying the horizontal ground reaction force and moment limits. We propose a design technique for feedback gains to stabilize the upper body position under varying vertical ground reaction force. We also propose an extended model ZMP control method which uses horizontal and rotational acceleration of the upper body and step duration change to generate moments to handle disturbances too large to be handled by ground reaction force control. Combining these techniques, robust biped running is achieved.

定常歩容に漸近する2脚ロボットの自在歩容生成

著　者
竹中 透、松本 隆志、吉池 孝英
収　録
日本ロボット学会誌（Vol.29, No.5）
発　行
2011年
要　旨
In this paper, we propose a method to generate various walking gait patterns for biped robots in real-time using an approximated dynamics model with two point masses representing motion of the feet and a linear inverted pendulum representing the horizontal motion of the torso. The motion of the inverted pendulum is calculated from the trajectories of the feet and the desired ZMP. Supposing these trajectories for the current gait and the next cyclic gait are given, the initial state of the inverted pendulum of the cyclic gait is calculated, and the desired ZMP trajectory of the current gait is modified so that the current gait converges to the cyclic gait using the concept called “the divergent component of the motion” as a relaxed boundary condition. Using these techniques, real-time gait generation is achieved which requires a comparatively small amount of modification of the desired ZMP trajectory while guaranteeing the continuity of the gait generation.

水平床反力限界を考慮した2脚ロボットの走行歩容生成

著　者
竹中 透、松本 隆志、吉池 孝英、城倉 信也
収　録
日本ロボット学会誌（Vol.29, No.9）
発　行
2011年
要　旨
In this paper, we propose a running gait generation method for a biped robot using the dynamics model with two foot masses, an inverted pendulum and a flywheel. The inverted pendulum and flywheel represent the horizontal motion and the bending motion of the upper body respectively. Initially the acceleration of the inverted pendulum is determined to satisfy the desired ZMP. If the horizontal ground reaction force exceeds its limit, the acceleration of the inverted pendulum is modified and the flywheel is accelerated to compensate this modification. To guarantee the continuity of gait generation, we extend previously proposed concept “the divergent component of the motion” to be applicable for the inverted pendulum under time-varying ground reaction force. Using this concept as the boundary condition, the current gait converges to the next cyclic gait. Compared with the boundary condition using position and velocity, proposed boundary condition requires smaller amount of modification of the desired ZMP trajectory.

床反力限界を考慮した2脚ロボットの実時間動力学補償

著　者
竹中 透、松本 隆志、吉池 孝英
収　録
日本ロボット学会誌（Vol.32, No.3）
発　行
2014年
要　旨
In this paper we propose a dynamics error compensation method for the approximate gait in which the vertical ground reaction force varies such as a running gait. In this method, the dynamics error of the original gait is calculated as the moment of the ground reaction force about the target ZMP by using a more precise dynamics model. The allowable ranges of the horizontal ground reaction force and the ground reaction moment about the target ZMP is determined according to the vertical ground reaction force. The horizontal position and inclination of the torso are modified to reduce the dynamics error as well as to satisfy the allowable ranges using an inverted pendulum model and a flywheel model. The approximate gait is modified to have the total center of mass follow parabolic motion while conserving the angular momentum about the center of mass, by just setting both allowable ranges to [0,0] during the flight phase. The effect of the proposed method is shown by the simulation and experiment of ASIMO running.

2脚ロボットの歩行・走行歩容生成と姿勢制御

著　者
竹中 透
収　録
東京工業大学 博士論文（乙第4120号）
発　行
2015年11月
要　旨
本論文では、2脚ロボットに歩行・走行など多様な形態で自在に移動する能力を与え、かつ、この能力を活かした多様な姿勢復元動作によって、踏ん張りだけでは得られない高いバランス能力を獲得させるための、リアルタイム自在歩容生成と姿勢制御から成る制御システムを提案する。

脳卒中後片麻痺者の歩行対称性の評価

著　者
川崎 詩歩未、大畑 光司、長田 陽祐、竹中 透、橋口 優、北谷 亮輔、脇田 正徳、前田 絢香、田辺 和
収　録
第51回日本理学療法学術大会 抄録集
発　行
2016年
要　旨
片麻痺は片側の脳障害であるため、歩行の非対称性は歩行パターンの本質的な特徴である。通常、歩行の対称性を反映する指標として空間対称性（ステップ長の比など）、または時間対称性（立脚時間の比，遊脚時間の比など）が用いられる。しかし、二つの指標が別々に存在するために解釈が難しく測定が煩雑となることから、より包括的な評価指標の必要性が高い。加速度波形を用いた歩行対称性の指標として、Harmonic Ratioがある。通常の歩行では一歩を1周期とする加速度変化が1歩行周期につき二回生じる。Harmonic Ratioはその対称性を奇数周波数と偶数周波数に分けることにより評価している。しかし、片麻痺患者では麻痺側と非麻痺側の変換による加速度変化が1歩行周期につき一回行われる。したがって、非対称性は奇数周波数よりも1歩行周期の周波数成分に表れると考える。したがって1歩行周期と1/2歩行周期の周波数成分の比で非対称性を示すことができると考えた。今回の目的は1歩行周期と1/2歩行周期の比であるModified Harmonic Ratio（MHR）を計算し、臨床指標との関連を調べた。