| Project/Area Number |
20H00610
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 61:Human informatics and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田原 健二 九州大学, 工学研究院, 教授 (80392033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入澤 寿平 岐阜大学, 工学部, 准教授 (30737333)
木野 仁 中京大学, 工学部, 教授 (50293816)
高木 賢太郎 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007)
佐藤 訓志 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60533643)
舛屋 賢 宮崎大学, 工学部, 准教授 (60796358)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥45,370,000 (Direct Cost: ¥34,900,000、Indirect Cost: ¥10,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2020: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
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| Keywords | ソフトロボティクス / 人工筋肉 / 高分子 / 確率モデル / 繊維強度 / オブザーバ / 運動増幅 / 補助装具 / ソフトロボット / 可逆モデル / 硬化阻害 / 確率的モデル / 最適制御 / 柔軟関節 / モデル化 / フィードフォワード制御 / セルフセンシング |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は，確率モデルベースド制御とセンソリーフィードバック制御の融合によるソフトロボットシステム制御手法の体系的な構築を目的とする．
これまでの高分子柔軟材料を利用したソフトロボティクスでは，二値制御など簡易な制御手法が用いられる場合が多く，それがメリットである一方で工学応用として十分とは言い難い．
本研究では，確率モデリングと最適化を用いた制御手法と，状態計測・推定による時間遅れやノイズに頑健なセンソリーフィードバック制御手法を二つの柱として提案し，最終的に統合して一つのソフトロボティクス制御体系を構築する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工筋肉として期待されている撚糸状高分子繊維の力学物性の発現機構に関する研究に取り組んだ．具体的には，撚糸にすることによる弾性率変化の挙動を幾何学的なモデルと実際の繊維の形状因子を用いて理論的に計算をしたほか，撚糸に加工する際に課題であった繊維強度の低下を抑制する繊維加工方法の検討を進めた．撚糸状高分子繊維の人工筋肉等アクチュエータへの適用時の耐久性や出力に関する知見を得ることができた．
また，一昨年度の検討成果として，速度・温度依存性を考慮した電気的入力--温度に関する非線形モデルとTCPAの熱伝達係数の速度・温度依存性を考慮した温度--変位に関する非線形モデルの組み合わせを制御対象として，目標値への局所漸近収束を保証する非線形制御系を構成できた．しかし，一昨年度に構成した制御則は状態フィードバックであり，TCPAの変位，変位速度，温度の情報を必要としていた．TCPAへの実装を考慮した際には，変位，変位速度のリアルタイム計測は大きなコストがかかることから，温度情報のみを用いた制御則が望ましい．そこで昨年度の成果として，新たにTCPAの変位，変位速度に関する非線形オブザーバを構成し，温度情報のみから目標値への局所漸近収束を保証する非線形制御系を開発し，開発した制御系の理論的保証を与えることができた．
また，ソフトアクチュエータのロボット応用に向けた運動増幅機構の開発に取り組み，成果としてパンタグラフ機構を用いたひずみ・力増幅機構を実現した．
さらに，釣糸人工筋アクチュエータの最適な作製方法に向けて作製条件が形状パラメータに与える影響を調査し，高速駆動に向けて共振の利用について検討を行った．一方で応用を目指して柔軟外骨格を用いた手指の運動補助装具を検討した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍により対面での実験や打合せが大幅に減り，当初は予定よりも進捗が伸展していなかったが，各研究協力者のご尽力により，22年度に入って大幅に進捗を取り戻すことができた．特に対面で実験・ディスカッションを行ったことにより，問題点等が解決され，現在は概ね順調に伸展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
確率的手法によるモデル化のめどが立ったため，今後はそのモデルを用いた制御手法の確立を急ぐ．まずは非線形オブザーバを利用した制御手法の構築を検討する．具体的には，必要な状態量の推定を試みるとともに，直接確率モデルを用いた確率最適制御手法について検討する．さらには，柔軟体と剛体を組み合わせた構造体への拡張を行い，より実用的な駆動モジュールの検討を行う．
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