2022 Fiscal Year Research-status Report
次世代人間機械協調システムのためのサイバーフィジカル制御の創出
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21K03930
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
山田 功 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (20240012)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
KAMAL MD・ABDUS・SAMAD 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60844149)
端倉 弘太郎 群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (70827485)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | サイバーフィジカル制御 / 人間機械協調システム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
車いす運転時の縦方向振動の有無は車いすの運転時の快適度の目安となる.路面の凹凸により車いすの搭乗者にどのような振動が発生するかをモデル化できれば,運転者に振動を感じさせないようなパワーアシスト制御系を構築できる可能性がある.また，クッションにより，車椅子搭乗者が感じる振動が変わる．クッションの動特性を踏まえるために，11自由度の数学モデルに着目した．このような目的のもと, 車体および搭乗者からなる車いすの11自由度の数学モデルを構築した.モデルの妥当性については, 伝達関数の周波数特性および頭と骨盤の加速比に着目し, 既存の文献報告との整合性を確認した.
また，脊椎疾患のリスク軽減に貢献できる人間の姿勢を自動的に制御する，人間と機械の協調的なサイバー物理システムを提案した．本システムでは，エア駆動アクチュエータの機構を開発し，通常の姿勢からのずれが起こったときに本体に押し付け力が発生する特性を明らかにした．柔軟なゴムチューブを備えた3Dプリントされたスケルトンにより，空気圧を調整することで適切な作動メカニズムを確保できることを実証した．
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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
提案モデルは, 車いす搭乗者およびクッションのモデル化に特徴があり,車いす搭乗者は, 頭部, 胸部, 腹部など体の部位を区別してモデル化される.車いすのクッションの剛性と減衰特性は, 市販品を再現する値を選択した.提案モデルにより, 機体パラメータが変化した場合,および路面の凹凸が激しく変化した場合に車いすの縦方向変位がどのような挙動を示すのかについて新たな知見を得ることができた.以上の結果は, 次年度以降の制御系設計の基礎とすることができる.
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで，主にシミュレーションをもとに，研究成果を国際誌に研究発表を行ってきた．その成果を現在，ロボットを作成し，その有用性を検証している段階である．残り1年とあまり研究時間が多くはないが，実機で検証を行うよう準備をしている．また，そのせいかを国際会議，国際誌に投稿予定である．
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| Causes of Carryover |
現在，小さなロボットを使用しての実験を実施しており，実機の車椅子の実験まで行えていない．そのために，次年度使用額が生じた．なお，この一年間で，実機の車椅子の実験を行う予定である．
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