Abstract
構造力学的見地からロボット機構を観察すると，これらはやはり，モータや部材を介して力を伝達する"構造物"の一種である．介護，あるいはエンターテイメントロボットなどの人間共存型ロボットに注目が集まる中，未だにロボット機構は完全な剛体として設計・製作され，剛体の固まりとして制御されている感が否めない．人間と接触した場合に危険を伴うだけではなく，機構内の応力集中や衝撃波の伝播によって機構自体が破損する可能性が存在する．また，特に2足歩行ロボットなどでは，足の裏に作用する反力をセンサで検知し，これから機構全体のZMPを求め，転倒しないように制御することが重要な課題の一つとなっている．このように，機構内に発生する力を知ることは，無駄のない機構設計や無理のない動作計画を行う上で，必要不可欠な要素となることが多い．
他方，多くのロボットは近い将来，高速で移動することを目標としており，その機構内に生じる衝撃力が増し，構成部材や部品の破壊の危険性が高くなると考えられる．また，動作が高速になるとセンサからの情報をフィードバックするだけでは間に合わず，機構内の発生力をある程度予測し，フィードフォワード的に制御する必要性が増すことが考えられる．
そこで本研究では，リンク機構が目標軌道上を動作する際に，機構内に発生する衝撃力を短時間で計算する手法を開発することにした．そのアルゴリズムには，構造解析などのツールとして用いられる有限要素法(FEM)を適用した．また，リンク機構のモデル化には，骨組構造の有限要素解析でその有効性が立証されているShifted Integration法（SI法）を用い，要素数を削減して計算時間の短縮化を図った．FEMを用いたリンク機構の内力分布解析アルゴリズムを構築し，その動作確認を行った上で，歩行動作を行う2足歩行ロボットモデルの衝撃力予測解析を実施し，重心移動が機構内に発生する衝撃力に与える影響について有益な情報を得た．
In general, impulsive force produced in constituting members of a robotic architecture was not a main issue. But as the robotic architecture becomes maneuverable in high-speed motion, the stress wave produced in the structure is due to increase, as well as the danger of mechanical destruction. In this research, an algorithm calculating inertial force distributed in multi-link mechanisms is constructed by using Finite Element Method. It is verified by carrying out some simple numerical tests, along with a simulation of a biped. robotic model. By using the proposed scheme, the procedure of shifting mass, for example, can be designed suitably to reduce the impulsive force occurring in the mechanisms.