ゼロモーメントポイント

ゼロモーメントポイント（ZMP）とは

ゼロモーメントポイント（ZMP、Zero Moment Point）は、二足歩行ロボットの軌道生成と制御において用いられる重要な概念です。これは、ロボットに作用する重力と慣性力を合わせた合力が、足裏と地面が接する点（路面）と交わる点を指します。ZMPは、ロボットがバランスを保ち、転倒せずに歩行するための基準点となります。

1972年に、ユーゴスラビアのミハイロピューピン研究所に所属していたミオミール・ブコブラトビッチ博士らによって提唱されました。

ZMPの概要

ZMPは、床反力の圧力中心として捉えることができます。ロボットの運動と運動方程式に基づいて計算され、ロボットの歩行運動を設計する上で重要な役割を果たします。ブコブラトビッチ博士らは、ロボットが安定して歩行するために、ZMPが常に支持多角形（ロボットの足裏が地面に接する領域）の内側にあるように制御する必要があることを示しました。

具体的には、ZMPの時間的な軌道をあらかじめ設定し、その軌道に対応する歩行運動を繰り返し計算によって求めます。この方法を用いることで、遊脚（地面から離れている足）や上半身の質量がロボットの歩行に与える影響を考慮した、より安定した歩行運動の設計が可能になります。

ZMPの実用化と発展

ZMP理論に基づく二足歩行は、1985年に早稲田大学の加藤一郎教授と高西淳夫教授によって開発されたWL-10RDによって初めて実現されました。この成果は、二足歩行ロボット研究の発展に大きく貢献しました。

しかし、早稲田大学のグループを除くと、1970年代から1990年代半ばにかけて、ZMPはそれほど注目されていたわけではありませんでした。その後、コンピュータ技術の向上やロボット制御の高度化に伴い、ZMPの重要性が再認識されるようになりました。

今日では、ホンダのASIMOやソニーのQRIOなど、高度な二足歩行ロボットのほぼすべてが、ZMPを用いた軌道生成と制御を採用しています。ZMPは、二足歩行ロボットの安定性、効率性、そして人間らしい自然な動きを実現するために不可欠な技術となっています。

参考文献

梶田秀司「ゼロモーメントポイント (ZMP) と歩行制御」『日本ロボット学会誌』第20巻第3号、2002年、pp.229-232、doi:10.7210/jrsj.20.229。
MIOMIR VUKOBRATOVIC´ and BRANISLAV BOROVAC (2004). “ZERO-MOMENT POINT — THIRTY FIVE YEARS OF ITS LIFE”. International Journal of Humanoid Robotics 1 (1): pp.157–173.
ミオミール・ブコブラトビッチ 著、加藤一郎、山口忠 訳 編『歩行ロボットと人工の足』日刊工業新聞社、1975年。ISBN 978-4526008023。
梶田秀司 編著 編『ヒューマノイドロボット』オーム社、2005年4月。ISBN 978-4274200588。

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