2013 Fiscal Year Annual Research Report
安全かつ低消費電力な高機能福祉システムを実現するハイブリッド型運動制御手法の構築
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24680062
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
平田 泰久 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20323040)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 医療・福祉 / 福祉ロボット / 人間支援 / ブレーキ制御 |
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| Research Abstract |
近年，ロボット技術を用いることで，車いすや歩行器などの福祉機器の高度化を目的とした研究開発や上肢・下肢のリハビリテーションを行う運動支援システム（ハプティックデバイス）の研究開発が盛んに行われている．一般に従来のロボット技術では，福祉機器やハプティックデバイスにサーボモータを取り付け，それらを能動的に駆動することで様々な機能を実現する．しかし，本研究では，福祉システムを常にパワーアシストで駆動させるようなアクティブ型システムを目指すのではなく，人間の力で動かされるパッシブ型福祉機器を基盤とし，回生ブレーキ制御にて危険回避などの多くの機能をブレーキ制御のみで実現するとともに，上り坂での支援などブレーキ制御では支援できない一部の状況でのみ回生されたエネルギーを用いて補助的な能動支援を行う運動制御手法の構築を目指す．
本年度はブレーキの数・配置とそれによって発生できるブレーキ力の関係の理論的解析を行うことで，実現したい運動性能に対する最適なブレーキユニット数やその配置を決定する手法の検討を行った．これにより，運動や作業の内容に応じて適切な支援システムを設計するための指針を得ることができ，ブレーキ制御システムの設計論構築のための基盤技術を提案することができた．また，歩行器や車椅子といった移動体を利用した人間支援システムの開発を進めるとともに，人間の腕や足に直接装着し，利用者が実際に動かす力とブレーキ制御による力の合力により，適切な運動補助支援を行うリハビリテーション用ハプティックデバイスの設計・開発を行った．
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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
本年度はブレーキ制御システムの設計に関わる技術を開発することができ，今後のシステム開発の基盤技術を構築することができた．また，移動体だけではなく，多くのアプリケーションに適用可能な制御系設計を行うことで，拡張性の高い手法を実現した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，昨年度までに構築した2次元平面ブレーキ制御技術を発展させ，3次元空間で運動支援を行うハプティックディバイスのための制御技術の研究開発を行う．特に3次元でのブレーキ発生可能領域の解析は非常に複雑になることが予想され，数値解析手法などを利用することにより，適切なブレーキ力を導出する手法の構築を行う．また，ブレーキのみでは不十分な支援機能を拡張するため，回生ブレーキによって回収されたエネルギーを再利用し，安全性を維持しつつモータを補助的に使用する運動制御手法を開発する．特に，どのよな状況で能動的な動作が必要であるのかを推定するために，環境情報と人間の運動情報の取得を考える．そして，人間の関節角度や操作力などの情報から，ある環境における人間の意図した運動や状態を推定する手法の構築を行い，人間が能動的な支援を必要としてるときのみ補助的にモータをアクティブに駆動させる運動制御手法を検討する．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度の研究を効率的に推進したことに伴い，次年度使用額が発生した．
平成26年度請求額とあわせて，平成26年度の研究遂行に使用する予定である．
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