2017 Fiscal Year Research-status Report
動的変化を伴う結合力学系の不変項抽出による機能共創に関する研究
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16K06200
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
辻田 勝吉 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (20252603)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸本 直子 摂南大学, 理工学部, 准教授 (60450714)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 結合力学系 / 共創システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、動的変化を伴う結合力学系に対して、システムのマクロな機能発現のための秩序形成原理の構築と、多様体理論に基づくミクロなエージェント間の相互作用の不変項および特異変数の抽出による共創システム設計原理の構築を目指している。そして「動的変化を伴う結合力学系」として、次の例題を設定した。一つは機械－機械システムの例として大型宇宙展開構造物の地上試験用重力補償システムによる展開挙動解析であり、他方は人－機械システムの例として人の起立・屈曲・着座の際の機械による運動支援システムにおけるシステムの挙動解析である。
昨年度は、宇宙機の伸展型構造物の複雑な動特性を実験的に解析し、重力補償に関しては干渉系の制御機能を有し、一方、構造物の展開挙動においては支持システムの非干渉化を両立させる統一的な協調制御変数をシミュレーション解析を元に抽出した。また、人の起立・屈曲・着座の際の運動においては、人の運動意志に対して、干渉系となる外的要因と、被支援者の身体の自律運動に関する非干渉系となる要因の双方の分離をモーションキャプチャデータおよび力学構造の解析を基にして行った。
これらの成果を基に、平成２９年度は次のような成果を得た。
（１）宇宙機の伸展型構造物の有する複雑なダイナミクスの解析結果から、不変項を抽出し、その不変項まわりの制御入力に対する干渉項と非干渉項それぞれに対して、独立な制御則を提案し、良好な性能を有する地上試験装置の開発を行った。
（２）一方、人の階段昇降などのキャプチャデータから、不安定モードの抽出に成功し、制御感度の違いを利用した運動支援装置の設計指針を得た。
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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
昨年度は、宇宙機の伸展型構造物の複雑な動特性を実験的に解析し、重力補償に関しては干渉系の制御機能を有し、一方、構造物の展開挙動においては支持システムの非干渉化を両立させる統一的な協調制御変数をシミュレーション解析を元に抽出した。また、人の起立・屈曲・着座の際の運動においては、人の運動意志に対して、干渉系となる外的要因と、被支援者の身体の自律運動に関する非干渉系となる要因の双方の分離をモーションキャプチャデータおよび力学構造の解析を基にして行った。
これらの成果を基に、平成２９年度は次のような成果を得た。
（１）宇宙機の柔軟構造物の不変項抽出と干渉系と非干渉系双方の独立制御系の提案
これまでの宇宙機の伸展型構造物の有する複雑なダイナミクスの解析結果から、不変項を抽出し、その不変項まわりの制御入力に対する干渉項と非干渉項それぞれに対して、独立な制御則を提案し、相互干渉の少ない良好な性能を有する地上試験装置の開発を行った。
（２）動的環境での人の運動の安定解析と特異モードの抽出
人の階段昇降などのキャプチャデータから、自律安定モードおよび不安定モードの抽出に成功し、制御感度の違いを利用した運動支援装置の設計指針を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、二つの例題で導かれたシステムの力学構造の同相性と、実現された制御系の制御戦略を比較して、設計論の統合を行う予定である。これにより、力学的非干渉系の持つ多自由度自律ダイナミクスによる機能発現メカニズムと、力学的非干渉系における制御系のタスク汎化性能および最適性を統一的に評価、検証することが可能となる。その結果、両者共通の協調制御系設計原理を導くことができる。さらに、この設計原理は、ある非線形クラスの動的変化を伴う力学系の協調制御において、人－機械システム、機械－機械システムの区別なく多様なシステムに汎化できる制御系設計アルゴリズムとして一般化できる。
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| Causes of Carryover |
平成29年度は宇宙機の地上試験用群ロボットシステムは稼動状態となったが、それまでに購入した運動計測用のセンサの不具合により、計測方法を見直す必要があった。
そこで、29年度は当初購入予定であった高速度カメラシステム１台のみを購入し、その他の実験装置は、宇宙機の支持装置そのものに計測機能を持たせる設計に変更したため、残額が出ている。
平成30年度は29年度に設計した宇宙機支持装置の設計に従って、当初計画よりもより高精度の計測が可能となるシステムを構築するため、残額とあわせて計測装置を購入し、システムを高度化する予定である。
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