脚が不足している二足歩行外骨格のための3Dダイナミックウォーキング軌道生成：概念実証

このペーパーでは、脚が不足している二足歩行外骨格の3次元（3-D）ダイナミックウォーキングに対処するためのフレームワークを紹介します。この目標を達成するために、フレームワークは、軌道ジェネレーターと、不足に対処できる最適化された逆運動アルゴリズムを介して構築されます。脚の過小になった脚を​​使用してタスクの速度を実行可能に達成するために、逆運動アルゴリズムは、ヌル空間の活用を介してタスクの優先順位付け方法を使用します。そうすることで、優先度が低いタスク、たとえば、スイングフットの向きは、comの軌跡などのより高い優先度のタスクを破壊することなく、可能な限り達成されます。一方、軌道ジェネレーターはZMPコンセプトを分析的に利用し、接触と位相の変化に関係なく、歩行期間全体にわたって加速の連続性を保証します。提案された方法は、MSC.ADAMSシミュレーション環境で開発およびシミュレートされた、ひとまとめにされたヒト双中性骨格モデルを介して検証されます。その結果、ロボットの脚の過小評価された性質にもかかわらず、斜めの足の着陸または誇張された胴体方向のバリエーションは観察されなかった、実行可能で動的にバランスの取れた3D歩行運動を取得しました。

This paper presents a framework to address three dimensional (3-D) dynamic walking for a bipedal exoskeleton with underactuated legs. To achieve this goal, the framework is constructed via a trajectory generator and an optimized inverse kinematics algorithm that can cope with underactuation. In order to feasibly attain task velocities with underactuated legs, the inverse kinematics algorithm makes use of a task prioritization method via the exploitation of null space. In doing so, the tasks with lower priority, e.g., swing foot orientation, are attained as much as possible without disrupting the higher priority tasks, such as CoM trajectory. Meanwhile, the trajectory generator utilizes the ZMP concept analytically and ensures the acceleration continuity throughout the whole walking period, regardless of the contact and phase changes. The proposed method is verified via a lumped human-bipedal exoskeleton model that is developed and simulated in MSC.ADAMS simulation environment. As a result, we obtained feasible and dynamically balanced 3-D walking motion, in which no oblique foot landing or exaggerated torso orientation variations were observed, despite the underactuated nature of the robot legs.