上肢拳上作業を補助するモビリティ型パワーアシストシステムの開発
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19K06326
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 41040:Agricultural environmental engineering and agricultural information engineering-related
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| Research Institution | Tsuyama National College of Technology |
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Principal Investigator |
井上 浩行 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (00232554)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | パワーアシスト / 農業ロボティクス / 移動ロボット / パワーアシストロボット / 上肢拳上作業 / 農業機械システム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、スマート農業の観点から、ぶどう栽培に代表される立位姿勢で長時間腕を上げての作業負担を軽減するモビリティ型のパワーアシストシステムを開発する。移動は、クローラー型のモビリティに立位した状態で行う。作業者の体重をモビリティが支えることで、作業中の脚や腰の負担を軽減する。さらに、上肢作業を補助するパワーアシスト装具もモビリティが支えることで、従来の装着型パワーアシスト装具の自重負担から作業者を解放する。パワーアシスト装具は、軽量化と低価格化を実現するためにリンク機構を用いて、上腕、前腕、手の動作補助を実現する。その結果、作業者の身体的負担を軽減しながら作業効率の向上を図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究の目的は、ぶどう栽培に代表される立位姿勢で長時間腕を上げての作業負担を軽減するモビリティ型のパワーアシストシステムを開発することである。令和５年度は、ぶどう農園内を走行するモビリティのプロトタイプに対し、手で操作できない場合を想定して足で操作するフットコントローラを試作した。コントローラの基本プラットホームは、スマートフォンを入力デバイスとする制御システムに、新たに試作したフットコントローラを入力デバイスとする制御システムを組み込むことで、足でモビリティとパワーアシスト装具を操作するシステムを試作した。フットコントローラは，中央にあるガイドキャリッジを足で前後左右に動かすことで、ジョイスティックのような直感的な操作が可能である。ガイドキャリッジは、弾性体を介してフットコントローラ本体に接続されており、弾性力によって所定の位置に戻るようになっている。また、フットコントローラの側面に赤外線距離センサを取り付けることで、ガイドキャリッジの移動量を測定する。そして、主観的メンタルワークロードの評価に用いられるNASA-TLXを用いて、試作したフットコントローラの操作性を評価し、有用性を確認した。
次に、モビリティに搭乗した作業者の腕の動きを補助するパワーアシスト装具を改良した。パワーアシスト装具は、上腕、前腕ならびに手の動きを一つのリニアアクチュエータで補助するためにリンク機構を用いて構成されているため、補助する動きが定型的である。そこで、補助する動きの汎用性を高めるため、作業者の上肢を補助する腕部をリニアアクチュエータによって駆動する関節の動きを決定するリンクの配置位置を容易に設定可能なリンク機構を考案し、設計を行った。プロトタイプを試作して動きを確認した結果、一部の範囲で構造的に干渉する領域があることが明らかになったが、考案した機構が有用であるかことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
ぶどう農園内を走行するモビリティのプロトタイプに、基本プラットホームであるスマートフォンを入力デバイスとする制御システムに、新たに試作したフットコントローラを入力デバイスとする制御システムを組み込むことで，足でモビリティとパワーアシスト装具を操作するシステムを構築した。そして、移動ロボットとパワーアシスト装具の操作ならびにフットコントローラ操作への切り替えは、Webブラウザ上に表示する操作画面を用いて行う。操作画面の構成は、簡単に操作が行えるようにボタンを配置した。入力デバイスの違いによる操作性を調べるため、評価アンケートを行った結果、有用性を確認した。
パワーアシスト装具の汎用性を高めるために、作業者の上肢を補助する腕部をリニアアクチュエータによって駆動する関節の動きを決定するリンクの配置位置をリンク機構を用いて容易に設定する手法を考案し、設計を行った。プロトタイプを試作して動きを確認した結果、一部の範囲で両機構が構造的に干渉する領域があることが明らかになったが、考案した機構が有用であることを確認した。
計画では、モビリティとパワーアシスト装具の操作用インタフェースを統合する予定であったが、試作したフットコントローラでは作業者の負荷が大きいため，実用化するためには負荷の軽減が必要になった。しかし、必要な電子部品が欠品となったためにコントローラを改善することができなかった。また、新たに考案した機構をパワーアシスト装具に組み込むことができなかった。
以上のことから、遅れていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
モビリティに関しては、手で操作できない場合を想定して足で操作するフットコントローラを改良して、課題である作業者の負荷軽減を試みる。また、人を載せて傾斜地ほ場を走行することを想定して安全性の向上を図る。そのためには、試作したプロトタイプで走行実験を行い、生じた問題に対処することで、搭乗者の安全性ならびに操作性を確保する。
パワーアシスト装具に関しては、考案したリンク機構をパワーアシスト装具に組み込むことにより、補助する動きの汎用性を高める予定である。
最後に、モビリティならびにパワーアシスト装具それぞれ単独に構築されている操作用インタフェースを一つに統合したシステムを構築する。操作用インタフェースは、作業者にとって直感的にわかりやすいものでありながら、誤操作を生じさせないような配慮が必要である。そのため、評価実験を行うことで試作したモビリティ型のパワーアシストシステムの有効性を検証する。
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Report
(5 results)
Research Products
(13 results)
