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人の歩行の多様性における身体ダイナミクスベースト制御に関する研究

Research Project

Project/Area Number 14J00822
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

中西 大輔  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords空気圧人工筋肉 / McKibben型空気圧アクチュエータ / 安定性解析 / 周期運動 / 関節剛性 / 筋骨格構造 / 跳躍運動 / McKibbne型空気圧アクチュエータ
Outline of Annual Research Achievements

本研究ではMcKibben型空気圧アクチュエータ(以下MPA)を用いたロボットの解析を通じて,二足歩行ロボットの身体ダイナミクスベースト制御理論の構築,および人間の歩行メカニズム解明を目指している.今年度申請者はMPAを用いた脚ロボットの(1)跳躍運動,(2)足踏み運動および(3)MPAの内製化・量産化,(4)二自由度脚ロボットの設計に重点を置いて研究を行った.
(1)膝周りの伸筋と屈筋を有する脚ロボットに対して,伸筋/屈筋への入力位相差,腰部重量などの身体設計が跳躍量に与える影響について研究を行った.結果,腰部重量と跳躍量の間に単峰性の相関があること,跳躍量が最大となる入力周期は腰部重量の増加に伴って長くなることがわかった.重量が増えた方が却って跳躍量が増えるという結果は身体ダイナミクス(身体重量や筋量など)と,そのパフォーマンスを最大化する制御入力の関係を考える上で重要な示唆を与えるものだと考えられる.
(2)歩行運動の前段階として二脚ロボットによる足踏み運動に関する研究を行った.昨年度までの研究結果を応用することで足踏み運動を実現した.また足踏み運動が安定な周期運動となること,運動中の関節剛性を制御可能であることを示した.
(3) MPAを内製化することで研究の自由度を広げることを試みた.削り出しによる部品の作成,および動作テストを通じた部品形状の検討ののち,シリコン型を用いた複製を行い,安定したMPAの生産を可能とした.上記研究結果(1)(2)においてもこの内製MPAが用いられており,研究を円滑に進める上で非常に重要な技術を確立したと言える.
(4)昨年度までに行った二自由度を有する脚モデルに関する安定性解析の結果を検証するためのロボットの設計を行った.作成,実験には至らなかったが,今後この設計に基づいて研究を行い,研究結果(2)と合わせて歩行運動に関する研究に着手したい.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (13 results)

  • [Journal Article] Influence of Physical Structure on Joint Stiffness of Legged Robot Driven by McKibben Pneumatic Actuator2017

    • Author(s)
      中西 大輔,杉本 靖博,末岡 裕一郎,大須賀 公一
    • Journal Title

      Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 53 Issue: 1 Pages: 56-63

    • DOI

      10.9746/sicetr.53.56

    • NAID

      130005297371

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stability and joint stiffness analysis of legged robot’s periodic motion driven by McKibben pneumatic actuator2017

    • Author(s)
      Yasuhiro Sugimoto, Daisuke Nakanishi, Motoki Nakanishi, Koichi Osuka
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 31 Issue: 8 Pages: 441-452

    • DOI

      10.1080/01691864.2016.1273135

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Measurement Experiments and Analysis for Modeling of McKibben Pneumatic Actuator2016

    • Author(s)
      Daisuke Nakanishi, Yasuhiro Sugimoto, Hiroaki Honda, Koichi Osuka
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 28 Issue: 6 Pages: 830-836

    • DOI

      10.20965/jrm.2016.p0830

    • NAID

      130007671160

    • ISSN
      0915-3942, 1883-8049
    • Year and Date
      2016-12-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Numerical Analysis and Experimental Verification for Standing Posture and Joint Stiffness of a 2-dimensional Legged Robot Driven by McKibben Pneumatic Actuator2015

    • Author(s)
      中西大輔,末岡裕一郎,杉本靖博,大須賀公一
    • Journal Title

      Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 51 Issue: 12 Pages: 858-865

    • DOI

      10.9746/sicetr.51.858

    • NAID

      130005114046

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Emergence of three-dimensional quasi-passive dynamic walking by excitation of lateral rocking (Influence of rocking motion and physical characteristics on gait transition)2015

    • Author(s)
      中西大輔, 杉本靖博, 末岡裕一郎, 石川将人, 大須賀公一,
    • Journal Title

      Transactions of the JSME (in Japanese)

      Volume: 81 Issue: 830 Pages: 15-00335-15-00335

    • DOI

      10.1299/transjsme.15-00335

    • NAID

      130005105266

    • ISSN
      2187-9761
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 空気圧人工筋を搭載した二次元脚ロボットの跳躍運動に関する研究―腰部重量と入力周期が跳躍量に及ぼす影響についての実験的解析―2017

    • Author(s)
      岡本 有輝也, 中西 大輔, 杉本 靖博, 大須賀 公一
    • Organizer
      平成28年度 計測自動制御学会関西支部・システム制御情報学会 若手研究発表会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市 大阪大学吹田キャンパス 銀杏会館
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 空気圧人工筋を用いた二次元脚ロボットの足踏み運動の実現および解析2016

    • Author(s)
      吉田 匠吾,中西 大輔, 杉本 靖博,大須賀 公一
    • Organizer
      第17回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Place of Presentation
      北海道札幌市 札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2016-12-15
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧人工筋を用いた二自由度脚モデルの McKibben型空気圧人工筋を用いた二自由度脚モデルの立位姿勢に関する解析2016

    • Author(s)
      中西大輔,杉本靖博,大須賀公一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市 パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2016-06-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 空気圧人工筋を搭載した二次元脚ロボットの跳躍運動に関する研究2016

    • Author(s)
      岡本有輝也,中西大輔,杉本靖博,大須賀公一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2016
    • Place of Presentation
      神奈川県横浜市 パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2016-06-08
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben 型空気圧アクチュエータを用いた二次元脚ロボットに対する様々な周期運動を実現する圧力入力の設計法2016

    • Author(s)
      中西大輔,杉本靖博,末岡裕一郎,大須賀公一
    • Organizer
      第21回ロボティクスシンポジア
    • Place of Presentation
      長崎県長崎市伊王島町やすらぎ伊王島
    • Year and Date
      2016-03-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型アクチュエータを用いた二次元脚ロボットの身体構造が関節剛性の設計に与える影響の解析2015

    • Author(s)
      中西大輔,杉本靖博,末岡裕一郎,大須賀公一
    • Organizer
      第16回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
    • Place of Presentation
      愛知県名古屋市熱田区熱田西町1-1(名古屋国際会議場)
    • Year and Date
      2015-12-14
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧アクチュエータを用いた二次元脚ロボットの周期運動における安定性解析と実機検証2015

    • Author(s)
      中西基,中西大輔,杉本靖博,大須賀公一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • Place of Presentation
      京都府,京都市勧業館「みやこめっせ」
    • Year and Date
      2015-05-17 – 2015-05-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧人工筋の動的特性のモデル化に向けた測定実験と解析2015

    • Author(s)
      本多宏章,中西大輔,杉本靖博,大須賀公一
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • Place of Presentation
      京都府,京都市勧業館「みやこめっせ」
    • Year and Date
      2015-05-17 – 2015-05-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧人工筋の動的特性のモデル化に向けた測定実験と解析2015

    • Author(s)
      本多宏章, 中西大輔, 杉本靖博, 大須賀公一
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • Place of Presentation
      京都府京都市左京区岡崎成勝寺町9-1(京都市勧業館「みやこめっせ」)
    • Year and Date
      2015-05-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧アクチュエータを用いた二次元脚ロボットの周期運動における安定性解析と実機検証2015

    • Author(s)
      中西基,中西大輔,杉本靖博,大須賀公一
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2015
    • Place of Presentation
      京都府京都市左京区岡崎成勝寺町9-1(京都市勧業館「みやこめっせ」)
    • Year and Date
      2015-05-17
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation for the Stability of Standing Posture and Stiffness of Robot Driven by Mckibben Pneumatic Actuator2014

    • Author(s)
      Daisuke Nakanishi, Yuichiro Sueoka, Yasuhiro Sugimoto, Koichi Osuka, Yoshiyuki Sankai
    • Organizer
      ISCIE/ASME 2014 International Symposium on Flexible Automation(ISFA2014)
    • Place of Presentation
      Awaji-Island, Hyogo, Japan
    • Year and Date
      2014-07-14 – 2014-07-16
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 空気圧人工筋を用いた脚ロボットの関節剛性と立位安定性条件の関係について2014

    • Author(s)
      中西大輔, 末岡裕一郎, 杉本靖博, 大須賀公一, 山海嘉之
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
    • Place of Presentation
      富山県,富山国際会議場
    • Year and Date
      2014-05-25 – 2014-05-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] McKibben型空気圧アクチュエータの動的特性に関する実験的検証2014

    • Author(s)
      本多宏章, 中西大輔, 杉本靖博, 大須賀公一, 山海嘉之
    • Organizer
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2014
    • Place of Presentation
      富山県,富山国際会議場
    • Year and Date
      2014-05-25 – 2014-05-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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