High-Back Drivable Variable Stiffness Robot Arm that Reproduces Strength and 'datsuryoku' for Human
| Project/Area Number |
22K14250
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Ichinoseki National College of Technology |
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Principal Investigator |
川合 勇輔 一関工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (10891830)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 逆駆動性 / モーションコントロール / ヒューマンインタラクション / 力制御 / トルク制御 |
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| Outline of Research at the Start |
人手作業の代替に産業用ロボットを中心とした協働ロボットが導入されてきているが未だ人間のような柔軟性を備えたロボットの実現には至っていない。これは人間が持つ柔軟性(脱力や筋力による力加減)の実現が未達であることにある。人間支援ロボットの普及拡大はSGDsが掲げる重要なテーマである。本研究では、人間が持つ柔軟性を獲得するために、理論的に逆駆動性を解析し、人間支援に最適な逆駆動トルク制御と可変剛性制御に基づいて人間のような脱力と力加減を実現する。制御技術に基づいて能動的に上記目的を達成することで、人間と共存し得る高安定な人間支援ロボットを開発し、普及に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
人手作業の代替に産業用ロボットを中心とした協働ロボットが導入されてきているが未だ人間のような柔軟性を備えたロボットの実現には至っていない。これは人間が持つ柔軟性(脱力や筋力による力加減)の実現が未達であることにある。特に一般的な産業用ロボットでは減速機を有するアクチュエータが使用されるため、逆駆動性の低下が問題となる。また、比較的剛体であるためバネのような柔軟性が低い問題がある。そこで、本研究では人間が持つ柔軟性を獲得するために、理論的に逆駆動性を解析し、人間支援に最適な逆駆動トルク制御と可変剛性制御に基づいて人間のような脱力と力加減を実現することを目的とする。
初年度は、最適逆駆動トルク制御の実現のために、一般的な産業用ロボットの関節モデルである二慣性共振系に対して軸ねじれトルク制御と単慣性化補償器に基づいたバックフォワードドライバビリティ制御を構成し、二慣性共振系モデルの単慣性化状態におけるバックフォワードドライバビリティ制御の検証を行い、任意のバックフォワードドライバビリティ(逆順駆動性)が実現可能なことを実証した。
さらに多リンクへの拡張に向けて、負荷側加速度制御によって逆駆動性だけでなく、順駆動性においても慣性値を制御可能とした。これにより脱力に関連する逆駆動性に加えて順駆動性においても制御可能とした。
また、筋力による力加減として、二剛性共振系モデルに基づく二剛性型の状態オブザーバについてシミュレーションによる検証を実施し状態量の推定が可能であることを確認した。
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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
人間の脱力と筋力力加減の内、脱力については軸ねじれトルク制御と単慣性化補償器に基づいたバックフォワードドライバビリティ制御を構成し、単慣性化状態における逆駆動性制御の検証を行い、任意の逆駆動性が実現可能なことを実証した。
さらに多リンクへの拡張に向けて、負荷側加速度制御によって逆駆動性だけでなく、順駆動性においても慣性値を制御可能とした。筋力による力加減として、二剛性共振系モデルに基づく二剛性型の状態オブザーバについてシミュレーションによる検証を実施した。
一方で、多リンクマニピュレータへの拡張へ向けて軸トルクセンサ付きのサーボモータを購入したが、コロナ下と半導体不足の影響によって納品が大幅に遅れたため、機構部品の設計・構築に支障が出た。以上より、概ね順調に進行しているとしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の方策としては、脱力に関連する逆駆動性制御方式について改善の余地があるため、引き続き検討を進める。そして筋力の力加減を実現するための可変剛性制御の理論検証および実機検証に取り掛かる。近年の半導体不足などの要因から多リンク拡張へのシステム構築に影響する可能性が予想されるが、2リンクマニピュレータへ向けた機構部設計と制御システムの組み上げ検証の実施を計画している。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
