2018 Fiscal Year Research-status Report
人は「なぜ」安定に運動可能か：人工筋骨格ロボットの運動安定性に関する数理的解明
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18K13718
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
中西 大輔 松江工業高等専門学校, 電子制御工学科, 助教 (00806086)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 空気圧人工筋肉 / 筋骨格系 / 立位安定性 / 自律協調制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度筆者は，（１）２自由度脚モデルの立位安定性解析，（２）拮抗筋の自律協調制御，の２つのテーマに重点を置いて研究を行った．
（１）２自由度脚モデルの立位安定性解析：研究計画通り，足首と膝に自由度を持つ２自由度脚モデルの基本的な安定性に関する解析を行った．立位姿勢が安定となるための条件を導出した．また拮抗筋は姿勢に対して圧力入力の選び方が一意に決まらない（同じ姿勢であっても力んでいるか，脱力しているかで関節剛性が異なる）．そのため，印加圧力の選び方によって安定条件が満たされる場合，満たされない場合があることを示した．すなわち，目標とする姿勢を実現するような圧力入力を設計する上で，必要最低限の「力み」具合を計算することができることを示した．また数値解析および実機実験による検証からその妥当性を確認した．これらの結果は論文としてとりまとめ，現在投稿中である．
（２）拮抗筋の自律協調制御：筋骨格系において筋肉は関節を挟んで拮抗配置されているため，関節自由度に対して二倍の入力(各空圧筋への圧力入力)自由度が存在する．２年目以降，さらに自由度の高い筋骨格モデルを考えていく上で，この自由度をどのように制御するかは大きな課題である．これに対して，拮抗筋が自律的に協調し，周期運動を生成するような一種の力覚FB制御則について研究を行った．この制御では，筋骨格系の基本的な駆動原理である拮抗筋に着目し，筋が自身にかかっている張力に応じて伸縮の様子を自律的に変化させる．膨大な入力自由度をコンパクトにし，制御しやすくすることが狙いである．筋骨格系を模した１自由度２筋のモデルに対して提案した制御則を適用し，拮抗筋の協調および周期運動の自律的生成が行われることを，シミュレーションと実機の両方で確認した．これらの結果は学会および学術誌として発表する予定である．
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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
研究計画に従い，昨年度は膝と足首に自由度を有する脚モデルについて基礎的な安定性解析を行った．最も基本的な安定性である立位姿勢について，安定となるための条件を導出し，その妥当性を数値解析と実機実験にて確認した．
その他周期運動などの解析については着手が遅れているものの，一方で拮抗筋の自律的協調という新たなテーマを見出した．このテーマでは周期運動の自律的生成を狙いとしており，２自由度脚モデルの周期運動はもちろん，上半身を有するモデルなどさらに自由度の高いモデルに対する制御を考える上でも有意義な知見を与えるものである．
これらのことを総合すると，総じて期待通り研究が進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，まず２自由度脚モデルに，提案する力覚FB制御を適用し，周期運動の生成および解析を試みる．また研究計画に従い，上半身を有する筋骨格モデルの基本的な安定性の解析，および力覚FB制御導入による運動生成を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
当初予定していた科学技術計算ソフトウェアの新規購入をとりやめ，またノートパソコンなどの購入を保留したために研究費に未使用額が生じた．しかし研究計画に変更はなく，前年度の研究費も含め，当初予定通りの計画を進める予定である．
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