2019 Fiscal Year Annual Research Report
Precise bilateral tele-operation control for medical devices
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18K13725
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
菅野 貴皓 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (50714234)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ロボティクス / 空気圧 / バイラテラル制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、通信遅延のあるマスタ・スレーブ型の遠隔操作ロボットについて、ロボットが空気圧アクチュエータで駆動される場合においても安定な制御手法の研究を行った。
長時間の通信遅延に対しても安定に動作する波変数の理論を用いた制御システムとシミュレータを構築し、安定性の解析を行った。その結果、空気圧駆動のロボットの場合は電動のロボットと異なり制御系のゲインに制約があることが分かった。数値的な安定性解析により安定となるゲインを求め、実験により設定したゲインによって安定にシステムが動作することを確認した。
一方で、空気圧駆動のシステムはその動特性が非線形であるという特徴がある。上記において解析した系は線形近似を行っており、厳密に安定性を保証することができない。そこで、本研究では、非線形システムにも対応できる時間領域受動性の手法を組み合わせた。線形近似系で求めたゲインを用いてシミュレーションおよび実験を行い、時間領域受動性の検証を行った。その結果、時間領域受動性が満たされていることが確認され、線形近似での制御系設計が有効であることが分かった。
また、本年度は、実際のインターネットを用いた遠隔制御の実現に向けて、その課題の一つとなるセキュリティについて取り組んだ。本研究では、情報準同型性をもつ暗号化制御理論を適用した。これは、通信経路で伝達される制御信号だけでなくゲインや制御システムの構造を秘匿できるという特徴を持つ。本年度は、まず通信遅延の存在しない空気圧サーボシステムについて暗号化を試み、暗号化を行わない制御系と比較して同程度の制御性能が確保できていることを確認した。
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