2016 Fiscal Year Annual Research Report
面状圧力分布情報に基づく安全な装着型アシストロボットの開発と制御
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16H05915
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
舟洞 佑記 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20633548)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 装着型アシストロボット / 福祉・介護用ロボット / 制御工学 / 知能ロボティックス / 機械力学・制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は研究項目の「シミュレーション環境の構築」、「制御における圧力分布情報の有為性」、「圧力分布に基づく体幹部アシスト制御」に取組んだ。これらの成果を国内学会9件(査読無)、国際学会2件(査読有)で発表した。また第41回東海ファジィ研究会で研究成果を含む講演を、テクノ・フェア名大、オープンキャンパス、フロンティア21エレクトロニクスショーでは一般向けに成果を紹介した。具体的な内容を以下に示す。
「シミュレーション環境の構築」では、運動の3次元計測環境の構築と皮膚弾性特性計測装置の製作に取組み、基本的なシミュレーション環境を構築した。計測環境は、距離画像センサKinect V2を4台用い、人体表面形状を点群データとして計測できる。特定個人の腕部屈伸運動を対象に計測実験を行い、15000点程度の点群からなる比較的高解像な腕部表面形状が取得できた。一方、計測環境と制御のシミュレーション環境は独立しているため、次年度初期に計測と制御が一貫した環境へと改良する。
「制御における圧力分布の有為性」では、単関節部においても、既存法（関節部のトルク値に基づく制御法）に対し、圧力分布を活用した制御法の方が、接触位置の依存性が解消され、人体への安全性が向上することをシミュレーションで明らかにした。今後、実際の装着を想定した実機実験を進める。なお実験用試作機は、3次元計測で取得した腕部形状データを基に、3Dプリンタで製作を進めている。
「圧力分布に基づく体幹部アシスト制御」に対して、圧力分布指令が得られる前提の下、指令値との誤差を低減する制御法として、「逆運動学を活用した制御法」と「接触圧力分布予測制御法」の二手法を提案した。また、体幹部用の検証用試作機を設計、3Dプリンタにより製作し、試作機を用いた実機実験環境を構築した。今後、シミュレーションと実機の両面から制御法を比較・検討する。
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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
多少の前後はあるものの、当初計画に従っておおむね順調に研究が進んでいる。
研究項目の「シミュレーション環境の構築」は研究実績の概要で述べた通りに概ね完了した。利便性を考慮し、次年度早々には、実環境での計測とシミュレーションモデルの制御をリンクさせ、計測から制御までを一貫してシミュレーション可能な環境に改良していく。
「制御における圧力分布情報の有為性」は、「単関節部位における先行研究の検証」から接触位置依存に対する原理的な有為性を確認した。また「検証用試作機の設計・製作」については、3次元計測に基づく設計は完了しており、3Dプリンタを活用することで次年度4月中旬にはプロトタイプの製作が完了する予定である。
「圧力分布に基づく体幹部アシスト制御」は、圧力分布指令値がある前提で、「逆運動学を活用した制御法」と「圧力分布予測制御法」をシミュレーションで検討した。制御系の枠組みの構築は完了したため、今後、パラメータの設計法と併せ、制御効果の比較検討を行う。また、高速サンプリングが可能な面状圧力分布センサの調達、検証用試作機の設計と3Dプリンタによる製作が完了し、実機実験の環境が整った。シミュレーションと実機の両面から制御法の比較・検討を行う。
物品調達と研究立上げの関係で年度後半に研究推進が集中したものの、計測環境構築やシミュレーション環境構築の大半が終わり、研究が推進可能になった。今年度に不十分であったシミュレーションの検討のみならず、製作可能になった試作機による実験も含め、シミュレーションと実機の両面からの制御法検討を次年度に進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
おおむね順調に研究が進んでいるため、当初の研究計画に従って研究を進めていく。研究項目は「制御における圧力分布情報の有為性」「圧力分布に基づく体幹部アシスト制御」「面状圧力センサからの装着者の運動意図推定」「持上げタスクに対するアシスト制御と評価」の4つである。
平成29年度は「制御における圧力分布情報の有為性」と「圧力分布に基づく体幹部アシスト制御」に対し、これまでシミュレーションで検討してきた制御法を、実機実験も併せて行い、シミュレーションと実機の両面から検討していく。年度初期に実機実験用試作機を3Dプリンタを活用して製作し、実機実験環境を整える。「面状圧力センサからの装着者の運動意図推定」に対し、まずは単関節部の受動的な運動を対象に、圧力分布の時間変化に基づく運動意図推定法を検討する。年度後半には「持上げタスクに対するアシスト制御と評価」の実験用実機製作に向け、全身アシスト機構の設計を開始する。
平成30年度は全身アシスト機構の製作を行い、持上げタスクに対する評価実験を行う。単関節部における制御法と体幹部における制御法の検討を踏まえ、持上げタスクに対して適切な制御法を検討する。加えて、平成29年度に明らかにする予定の装着者の運動意図推定とアシスト指令の生成法を受け、アシスト指令は上位の制御系から与えられる前提で検討した制御系を、アシスト指令も含めたフィードバック制御系へと拡張する。これらの成果を基に、平成30～31年度にかけて装着実験を行い、最大接触圧力・筋活動量・心拍などに基づき人体への負荷軽減効果の定量評価を行う。同時に、アンケートによる官能検査も実施して、感覚的なアシスト効果も統計的に評価する。なお人に対する装着実験に際しては、名古屋大学工学部倫理部の審査を受け、適切に実験を行う予定である。
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Research Products
(13 results)
