人間と共同作業のための冗長腱駆動ロボットアームの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650298
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 小林 博明 明治大学, 理工学部, 教授 (60130811)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兵頭 和人 神奈川工科大学, 工学部, 助手 (10271371)
• Keywords: 冗長腱 / 腱駆動 / ロボット / 関節剛性 / ゴニオメータ / 筋電位

Research Abstract

本年度は昨年に引き続いて(i)冗長腱駆動ロボットの制御問題およびそのシステム化の研究とともに、(ii)人間の作業中の関節剛性の計測を目的とした基礎研究を実施した。
(i)に付いては、腱の破断時の対処法および非線形制御法を用いた冗長腱駆動ロボットアームの制御法、関節剛性調整法に対して一応の結果を得たので、学会誌に掲載した(掲載予定も含む)。また、冗長腱駆動方式によるパワーグラスプハンドの研究を行い学会で発表した。
現在は引き続いて、計測や通信による遅れを補うための予測制御法に取り掛かるとともに、人間との意志疎通のための手法として顔グラフを用いることを試みている。またネットワークベースド・マルティエーゼント・ロボットシステムを開発したので、来年度はそれへの組み込みを行い、実際的応用の可能を探る予定である。
(ii)については、まず歪みゲージ式のゴニオメータと3軸ジャイロからなる人間の腕の関節角度計測ステムを構築した。人間の肩関節は極めて複雑な機構となっているため、個々の関節角度を直接計測するかわりに背部を固定し肘部に3軸ジャイロを取り付けることで肩部の3関節の角度変位を計測した。肘部および手首部の4関節には歪みゲージ式ゴニオメータを装着することで安定した測定値を得ることができた。そこで、この装置を用いて種々の付加をかけた人間の手首の関節剛性を計測した。
また筋肉の活動状況を測定するため筋電位計を用い、手首部の屈筋群と伸筋群に対応する部位の皮膚表面の筋電位を計測し、その出力から上述の実験から求めた関節剛性を推定することを試みた。その結果、対数関数を用いた非線形回帰によってかなりの精度で推定できることがわかった。
来年度は作業中の人間の腕の関節剛性の推定法を検討し、その値を冗長腱駆動ロボットアームの関節剛性の目標値とし作業を行うことを目標とする。

Research Products

• [Publications] H.Kobayashi,K.Hyodo,D.Ogane: "On Tendan-Driven Robotic Mechanisms with Redundant Tendons" Int.J.of Robotics Research. 15・5. 561-571 (1998)
• [Publications] 吉留忠史、兵頭和人、小林博明: "腱駆動ロボット機構の腱切断に対する安全度と制御" 日本ロボット学会誌. 17・1. 125-132 (1999)
• [Publications] 小澤隆太、小林博明: "腱に非線形弾性を持つ腱駆動システムの制御" 日本ロボット学会誌. 17・2. (1999)
• [Publications] 兵頭和人、小林博明、山本圭治郎: "冗長腱を持っ腱駆動ロボット機構の剛性制御" 日本ロボット学会誌. 17・3. (1999)