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人間の手先インピーダンス特性のモデル化と人間-ロボット協調作業への応用

研究課題

研究課題/領域番号 08750540
研究種目

奨励研究(A)

配分区分補助金
研究分野 計測・制御工学
研究機関広島大学

研究代表者

辻 敏夫  広島大学, 工学部, 助教授 (90179995)

研究期間 (年度) 1996
研究課題ステータス 完了 (1996年度)
配分額 *注記
1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
1996年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード運動制御 / インピーダンス制御 / 生体運動系 / マニピュレータ制御 / マン-ロボットシステム
研究概要

本研究では,人間の手先インピーダンス特性を実験的に計測し,その数理モデルの構築と人間-ロボット協調作業系への応用を試みた.主要な結果は以下の通りである.
手先インピーダンス推定モデルの構築
人間の手先インピーダンスを計測するためには,作業中の人間の手先を外部から強制的に変位させ,発生する力を正確に測定せねばならない.本研究では1軸インピーダンス推定装置(開発済み)を用いて作業中の被験者の手先に強制的な変位を与え,手先のインピーダンスを同定するという方法をすでに開発している.しかしながら,この方法では人間の手先を強制的に変位させるため,被験者が行っている作業との干渉を避けることができない.そこで,作業中の被験者の筋の収縮レベル(EMG信号から推定),上肢姿勢を計測し,手先インピーダンスとの関係を最小自乗法を用いてモデル化した.そして多項式近似を用いることにより,生体信号から手先インピーダンスをかなりの精度で推定できることを示した.
人間-ロボット協調系の動特性解析
ダイレクトドライブ型リニアモータを用いて,ロボットおよび種々の作業対象物を模擬し,人間-ロボット協調作業系を模擬的に構成した.まず,ロボットの手先にインピーダンス制御を施し,インピーダンスパラメータを調節可能な制御系を開発した.次に人間を制御者とする補償型マン-ロボット制御系を構成し,系全体の制御特性を特に動特性の観点から実験的に推定した.
その結果,制御者の伝達特性が,1)ロボットのインピーダンスパラメータ,2)上肢姿勢,3)作業方向により大きく変化することを示した.ただし系全体の開ループ特性はある程度の実験条件の変動には左右されず,人間が系全体の動特性をほぼ一定に保つよう自らの特性を適応的に変化させていることを明らかにした.
今後は,人間のインピーダンス特性を3次元的な腕姿勢や反射系の働きまで含めて詳しく解析するとともに,構築したインピーダンスモデルを人間-ロボット系で積極的に利用する方法を開発できればと考えている.

報告書

(1件)
  • 1996 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (4件)

  • [文献書誌] Toshio Tsuji: "Neural Network Learning of Robot Arm Impedance in Operational Space" IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics-PartB : Cybernetics. 26・2. 290-298 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] Toshio Tsuji: "Multi-Point Impedance Control for Redundant Manipulators" IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics-PartB : Cybernetics. 26・10. 707-718 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 畑木道生: "モデル化誤差を含むダイレクト・ドライブ・ロボットのインピーダンス制御" 電機学会論文誌. 116-C・12. 1370-1395 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 徐炳鴻: "ニューラルネットに基づく適応制御を用いたフレキシブルビームのトルク制御" 計測自動制御学会論文集. 33・2. 109-117 (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書

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公開日: 1996-04-01   更新日: 2016-04-21  

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