Model-based control and management technology for pneumatic artificial muscle actuators

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K04012
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 20010:Mechanics and mechatronics-related
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: Kogiso Kiminao 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (30379549)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 悠 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (60586395)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: アクチュエータ / 空気圧駆動 / 非線形システム / モデリング / カルマンフィルタ / 制御工学

Outline of Final Research Achievements

This study has obtained four results related to model-based control, management, and securing of pneumatic artificial muscles (PAM) that realize flexible actuators. Specifically, we have identified a precise mathematical model of the PAM. We have developed model-based control and sensorless control to track the desired flexibility (stiffness), a method for detecting the failure of the PAM by focusing on changes in model parameters of the PAM model, and a secure control method by applying encrypted control.

Free Research Field

制御工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

我々が提案するMcKibben型空気圧ゴム人工筋に基づくアクチュエータの数理モデルは，回転角度を計測するエンコーダや剛性を導出するトルクセンサを代用できるほどの高い精度を有する．この成果は，ロボティクス分野の有名学術誌(IEEE TMECH)に採択されるなど，本研究の学術的意義は極めて大きい．たとえば，提案モデルに基づくアクチュエータの解析・設計アプローチが可能となり，人工筋アクチュエータの開発に様々なモデルベースド制御を適用することができる．そして，このように多様な制御手法は，リハビリ機器やパワーアシスト装具を高性能化・軽量化を実現する．