2016 Fiscal Year Research-status Report
人間とロボットの動特性干渉制御に基づくロボットの運動制御法の創成と高次脳機能評価
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15K05915
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
積際 徹 同志社大学, 生命医科学部, 准教授 (90362912)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ロボット / 人間－機械協調系 / ロボットの運動制御 / マンマシンインターフェース / 高次脳機能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、人間とロボットの力学的な相互作用下での協調作業において、人間－ロボット間の結合・分離状態（干渉状態）に基づいて生じる両者の動特性の干渉具合を動的に可変制御する、新しい制御概念に基づく協調制御法の創成である。人間とロボットの動特性の干渉状態を摩擦特性に基づいて実現し、人間の高次脳機能状態の定量評価を行うことによって提案する制御概念の有用性を示す。
人間とロボットの協調作業においては、従来からインピーダンス制御が用いられていたが、高剛性環境との接触下でシステムが不安定になる制御問題が存在していた。この問題解決のため、ロボットの動特性（インピーダンス特性）と人間の作業動特性を分離・結合する制御概念を考案し、動特性の干渉制御を機械的に具現化する動特性調整器の開発を行ってきた。これらの研究成果により、不安定問題に対する解決手法は明らかにできたものの、動特性調整器の動作帯域が狭いことに起因して適用範囲が限定されていただけでなく、動特性の干渉制御がもたらす本質的な効果については解明されていなかった。
そこで本研究では、動特性の干渉制御に関して動特性調整器の制御手法の体系化を図ったうえで、干渉制御下において人間の高次脳機能状態に与える影響ならびにその本質解明に近づく知見を明らかにするため、本年度は動特性調整器、ロボットの運動制御法の構築と実装に関する研究を実施した。昨年度に開発した動特性調整器の制御を実現する制御法の構築を行い、ハードウェア（動特性調整器）、ならびに、ソフトウェア（制御法）の性能評価及び動特性の調整範囲に関する調査を実施した。具体的には、動特性の調整制御状態を実現するために、電動ブレーキシステムの摩擦力制御法の開発を行った。その後、動特性の調整制御に関する応答性や目標値との乖離状態などの性能評価項目についての調査を実施し、性能検証を行った。
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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
平成28年度（2016年度）終了時点の進捗状況としては、動特性調整器の制御法の開発と評価に着手し、性能・機能評価について継続実施中となっている。研究期間の２年目に入った本年度においては、動特性調整器の性能・機能に関する一端を明らかにすることができた。
現在、性能・機能評価を継続しており、これらの結果が得られ次第、動特性調整器の制御とロボットの運動制御の統合手法の構築ならびにそれらの実装に着手し、提案制御法の具現化を図る予定である。また、提案システムの安定解析についても取り組んでおり、システムの安定性についても理論的に明らかにしていく予定である。
加えて、光トポグラフィ装置（fNIRS）を用いて、協調作業実施中の被験者の脳血流変化の計測にも着手している。高次脳機能の賦活状態に関する解析を行うことで、提案システムがヒトに与える影響についての本質解明を目的として研究を推進している。詳細なデータ解析手法の確立ならびに解析結果の考察については、最終年度にかけて実施する予定である。
なお、上記の項目に関して得られた知見・結果については、現在、データ解析と取りまとめを行っており、一部については海外論文誌への投稿を行ったところである。以上より、本年度（2016年度）の達成度は、おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間の最終年度となる次年度（2016年度、平成28年度）の研究計画は、(i) 提案制御概念に基づく実験データの解析・効果に対する検証、(ii) 研究の総括を行うことである。
まず、項目(i)については、本年度に引き続いて、動特性調整器の性能・機能評価を継続して実施し、ロボットの運動制御法とともに提案システムに必要な制御法の確立を目指す。同時に光トポグラフィ装置（fNIRS）や筋電計などの生体情報計測装置を用いた実験を行い、提案システムを用いた協調作業時におけるヒトの生体反応などを明らかにし、提案制御概念がヒトに与える影響についての本質解明を目指す。項目(ii)については、実験によって得られたデータ解析を進めることで、結果の意味付け、考察を行い、それらをまとめて論文化することで総括とする。
また、本年度に引き続いて、研究を通して得られた知見を基にして、制御パラメータの妥当性やシステムの安定性についての議論を深めていく。システムの安定解析については、実機実験によって検証を実施する予定である。同時に、最終的な総括に向けて、全データの取りまとめたうえで、得られた結果に関する総合的な解析を実施し、定量的な観点からの考察を行う予定である。
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Research Products
(4 results)
