フリークライミングに学ぶモーションコントロール○島田 明（芝浦工業大学） Dung Anh Nguyen（芝浦工業大学）

Motion control lerning from free climbing

∗A. Shimada, D. Anh Nguyen (Shibaura Institute of Technology)

Abstract– Recently, free climbing has been popular and many climbing gyms have been opened. Freeclimbing technology consists of very complicated pass planning, statics and dynamics, control, optimization,etc. It is a kind of special human motion control. In fact, motion control on climbing is a typical MIMOcontrol and the feature is to regist gravity force usually and to make use of gravity force well sometimes.On the other hand, humanoid robot technology is usually based on ZMP principle but real climbers do notconsider ZMP because the climbing is performed using not only legs but also arms. So,this paper presentsthe technology should be alternative to create future motion control technology.

Key Words: Free climbing, motion control, robot, planning

1 はじめに

近年, フリークライミングが流行し, 国内外に数多くのクライミングジムができている。ジムの夜は勤め帰りの老若男女が集い, 各人の技量に合わせて壁を登る。かつて特別な訓練を要し, 命懸けになることすら必要とされた時代とは随分と変わったのである。これには道具,と技術の進化, そして考え方が変化したことが原因であるが, 本稿では人体を制御対象としたモーションコントロールとしてクライミングを考え, ZMP以外の制御規範に基づくヒューマノイドロボット制御や重力を積極利用する多入力多出力系のモーションコントロールを生み出す参考としたい 1)。関連して, これまでクライミングロボットの研究についても取り組む例が多くあるが 2, 3, 4), クライミングとモーションコンｔロールについて深く検討された例は少ない。

2 クライミング技術

2.1 垂壁のクライミング

Fig.1はボルダリング壁を登る写真であり, Fig.2は移動遷移を表す。○は手を置くハンドホールド,□は足を置くフットホールドを表す。ホールド横の文字列のr,lは右,左, h,fは手と足, 続く数字は移動順を表す。実線矢印は手の移動を, 点線矢印は足の移動の遷移を示し, 丸で囲む数字は移動する順番を表す。指定されたスタートからゴールまで 7箇所のハンドホールドがある。本例では, フットホールドはクライマーの判断により１ 0箇所が選ばれている。スタートからゴールまで16モーションからなり, 写真はこのうち 9モーションを示す。表現されていない情報として, ホールド形状やクライマーの体の向き等が挙げられる。

2.2 前傾壁のクライミング

Fig.3は前傾したボルダリング壁を登る写真であり,Fig.2はその遷移を示す。指定されたスタートからゴールまで 8箇所のハンドホールドがあり, フットホールドはクライマーは 9箇所のフットホールドを選んでいる。スタートからゴールまで概ね 15モーションからなるが, 写真はこのうちの 9モーションを示す。

(a) Mov1 (b) Mov2 (c) Mov3

(d) Mov4 (e) Mov5 (f) Mov6

(g) Mov7 (h) Mov8 (i) Mov9Fig. 1: Climbing on a vertical wall

Fig. 2: The corresponding movement diagram on thevertical wall

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[No.13-23] 第56回自動制御連合講演会(2013.11.16.17 新潟市)

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(a) Mov1 (b) Mov2 (c) Mov3

(d) Mov4 (e) Mov5 (f) Mov6

(g) Mov7 (h) Mov8 (i) Mov9Fig. 3: Climbing oｆ over hung wall

Fig. 4: The corresponding movement diagram on theover-hung wall

3 モーションコントロールとの関係3.1 経路計画

経路の決定については, 一般的な車輪型移動ロボットの経路計画と異なる点がある。次の位置, すなわち, 次のホールドを探し, ゴールへの最適経路を求める考え方は同じだが, クライミングでは両手足 4点の相対的な距離が限定され, 常に届く範囲で連動しなければならないこと, 基本的には 4点のうち, １点ずつ順番に移動し,移動中は 3点での動的な安定性を要することである。

3.2 ホールド形状及び力・モーメントと重力

経路決定では, 次のホールドへの距離や到達可能なホールド数, エネルギー総和などが評価関数の構成要素になるが, 加えて Fig.5(a)図のようなホールドの形状, (b)図に見られる発生可能な力やモーメントの向きで決まる安定性が重要となる。(c)図に３次元空間でのクライマーにかかる力とモーメントのイメージ図を示

(a) Frictionless (b)Backet (c)Crimp (d)Sloper

(a) Hand-1 (b)Hand-2 2 (c)Foot-1 (d)Foot-2

(a) Frictionless (b)BacketFig. 5: Some aspects on climbing

(a) Mov1 (b) Mov2Fig. 6: Swing-up motion of invetred penduluml

した。落下防止のみならず, モーメントの不平衡による剥がれ落ちを防ぐ必要がある。一例として, Fig.3(g)の左下方に浮いた右足は diagonalと呼ばれる技術であり, 右上上方のハンドホールドを取りに行くため, 対角方向に脚を伸ばし, 無用な回転モーメントの発生を封じている。さらに, （ｆ）図から（ｇ）図への遷移では,反動を移動した右上への振り上げを行い遠いホールドへの移動を可能にしている。この運動は Fig.6に示す倒立振子の振り上げと共通している。Fig,1で, クライマーは落ないための重力への抵抗力を常に生成するのに対し, 上記では積極利用している。

4 おわりに環境と関わるモーションコントロール技術が注目さ

れているが, フリークライミングを例に, 複雑かつ繊細な環境との関わりに目を向けることは, モーションコトロール技術の発展に有益と思われ, また, クライミングロボット等の開発においても重要と考えられる。

参考文献1) 島田 明：フリークライミングの技術とロボティクス-壁面作業ロボット特集に関連して-，日本ロボット学会誌，第１０巻５号,pp.617-620，1992

2) Jozsef K. Tar Manuel F. Silva, J. A. TenreiroMachado A Survey of Technologies for ClimbingRobots Adhesion to Surfaces IEEE International Con-ference,Computational Cybernetics, 2008. ICCC 2008

3) Dung Nguyen, Akira Shimada: A Path MotionPlanning For Humanoid Climbing Robot, 2013 8thEUROSIM Congress on Modelling and Simulation,pp.179-184, 2013

4) Dung Anh Nguyen, Akira Shimada, A considerationof mechanical structure for climbing robots, IEEJTechnical meeting, IIC-12-80, 2012.

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