2020 Fiscal Year Research-status Report
人力ロボティクスに基づく協働ロボットの実現のための基礎技術開発と統合
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20K04376
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
菅原 雄介 東京工業大学, 工学院, 准教授 (60373031)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 淳 東京女子医科大学, 医学部, 非常勤講師 (10409683)
遠藤 央 東京工業大学, 工学院, 特任准教授 (50547825)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 人力ロボティクス / 人間機械協調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，人力協働ロボットの実現を目標とし，多自由度化と高精度化のための機構と制御系の開発，操作者の運動負荷適正化手法の開発，および医療福祉応用のための安全化技術の開発を行い，これらを統合することで実作業に適用できる人力協働ロボットを開発することを目的としている．本年度は，多自由度化と高精度化のための機構と制御系の開発，操作者の運動負荷適正化手法の開発，医療福祉応用のための安全化技術の開発を開始する計画であった．
これに対する実績をいかに項目ごとに示す．
A. 多自由度化と高精度化のための機構と制御系の開発 これまでに開発した回生式人力関節駆動機構を応用し，上肢のリハビリテーション用途への適用を目的とした足漕ぎ式3自由度人力ロボットを試作した．
B. 操作者の運動負荷適正化手法の開発 ペダル運動による入力を前提として踏力と回転数を計測可能なペダルを改良した．この計測値を基にシステムに入力される動力だけでなく，操作者の脚部の駆動のための動力も推定し，総合的な操作者の動力を推定することを実現した．また前述の3自由度人力ロボットのために，慣性クラッチ式安全機能付パワーアシスト機構を試作した．
C. 医療福祉応用のための安全化技術の開発 超音波治療装置保持ロボットを対象として，バックドライバビリティの定式化のための検討を進めた．また協働ロボット規格ISO/TS 15066と医療機器関連規格との関連性について調査を行った。医療機器関連規格から協働ロボット規格に対する参照例はなく、一般的な産業用ロボットの安全規格であるISO 10218-1を参照するに留まることが分かった。
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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
多自由度化と高精度化のための機構と制御系の開発については，試作を行い，基本的性能について評価を開始している．
操作者の運動負荷適正化手法の開発については，ペダルで計測される諸量から操作者の負荷の推定ができるようになった．また安全機能付パワーアシスト機構についても試作を行い，こちらは原理の定式化に課題が残るが，一応の動作確認にも成功している．
医療福祉応用のための安全化技術の開発については，バックドライバビリティの定式化のための検討を進めた．また協働ロボット規格と医療機器関連規格との関連，ならびに実際に協働ロボットが医療機器に利用されている例について調査を行った．
以上の状況は，おおむね当初の計画通りである．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までの進捗状況に記載の通り，今後の研究についても予定通りに進めてゆく．
まず多自由度化と高精度化のための機構と制御系の開発については，開発した試作機の性能評価と改良を引き続き進めてゆく．
操作者の運動負荷適正化手法の開発については，継続的に運動可能なペダルの重さに制御できる動力入力機構の研究を進める．また安全機能付パワーアシスト機構については，モデル化による原理検証と最適化を行う．
医療福祉応用のための安全化技術の開発については，実際の超音波治療装置保持ロボットのリスクマネジメント結果より，最適な人力協働ロボットの要求仕様を導出する．また機構のバックドライバビリティの定式化と，これに基づく最適設計手法の構築と評価を行う．
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| Causes of Carryover |
今年度の研究については，主として現有の部品を多く用いて試作を行ったため，消耗品の購入を大きく節約することができている．また新型コロナウイルス感染拡大防止のため予定していた研究打ち合わせをすべてオンラインで行ったため，旅費を使用しなかった．
これらについてはR3年度に引き続き行う試作機の改良のための加工部品，機械部品，制御システム部品の購入に使用する予定である．
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