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違和感のない操作が可能な全方向移動パワーアシスト制御システムの研究

研究課題

研究課題/領域番号 12J06543
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

上野 祐樹  豊橋技術科学大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード全方向移動機構 / タイヤ工学 / パワーアシスト制御 / 全方向移動ロボット / キャスタ型駆動輪
研究概要

本年度はまず, 昨年度に引き続き全方向移動機構であるキャスタ型機構の解析を行った, 旋回時に振動およびモータ出力上昇が発生する問題について, 昨年度の報告では, 車輪に作用する摩擦力を解析し改善手法を導出したが, 本年度はこの問題をタイヤ工学におけるスリップ角と横力によって説明できることが明らかになった. またこの関係性から同様に改善手法を導出し, 検証実験では旋回時のモータ出力を大幅に軽減できることが確認できた. しかし, 並進時に操舵軸のトルク(操舵トルク)がほぼ零であるのに対し, 旋回時には発生している問題も確認できた. 追加で行った実験結果から, 路面状況により余分に発生する操舵トルクは異なり, 車輪角度を適切に変化させることで並進時並みに操舵トルクを低減可能であることがわかった. しかし, 時々刻々変化する路面状況を推定し対応するのは困難であるため, 操舵トルクを用いた車輪角フィードバック制御等による対処が現実的であると言える. 本年度は, 提案手法だけでも十分な改善結果が得られたため, ここまでは行わなかった.
次に, パワーアシストの応用性を検証するために, 全方向移動ベッドを用いて操作実験を行った. 実験は, 車いすにて構築されたシステムをベッドに搭載し, 前後左右, 旋回の基本的な動作と, 実使用環境を想定した廊下の走行を, 操作者の意図推定手法を用いなし暢合と用いた場合, さらにパワーアシストが無く重い状態でそれぞれ実施した. 結果から, パラメータの調節が必要であるものの, 従来のシステムを他機器へも直接応用可能であり, 操作意図推定手法により操作性の改善効果が得られることがわかった. また, パワーアシストが無い場合は重く操作しにくいものの, 車両の挙動を把握しやすく操作性は良好であったとの結果が得られた. このことから, 操作者にとって挙動を把握しやすいシステムを実現することで更なる操作性改善が可能になると考える.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

前半の機構解析に時間を要したため, パワーアシストの操作性に関する検証実験を行うための十分な時間が確保できなかった.

今後の研究の推進方策

パワーアシストシステムのように, 人を対象にした実験では, 毎回同じ結果が得られないことが問題として挙げられる. これに対し, 人を含むシステムのモデル構築などができれば, シミュレーションによる検証も可能になると考える. さらに, 操作者の慣れも問題として挙げられる. 長期的に実験を行うと, 被験者の慣れの影響が現れるため, 今後対処が必要になると考える.

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2012

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Development of an Innovative Power-Assist Omni-Directional Mobile Bed Considering Operator's Characteristics2014

    • 著者名/発表者名
      Yuki Ueno, Hideo Kitagwa, Kiyoaki Kakihara, Toshio Sakakibara and Terashima Kazuhiko
    • 雑誌名

      International Journal of Automation Technology

      巻: Vol.8, No.3 ページ: 490-499

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 全方向移動ロボットのための平歯車型差動駆動操舵機構の開発2012

    • 著者名/発表者名
      上野祐樹, 北川秀夫, 柿原清章, 寺嶋一彦
    • 雑誌名

      日本機械学会論文集C編

      巻: 78-789 ページ: 1872-1885

    • NAID

      130002051446

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 差動駆動操舵機構を用いたパワーアシスト制御型全方向移動台車の開発とモータ出力低減化手法の提案2012

    • 著者名/発表者名
      上野祐樹, 北川秀夫, 柿原清章, 寺嶋一彦
    • 学会等名
      第13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
    • 発表場所
      福岡国際会議場
    • 年月日
      2012-12-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] キャスタ駆動輪を有する全方向移動ロボットにおける旋回時モータ出力上昇の原因解析と低減手法の提案2012

    • 著者名/発表者名
      上野祐樹, 北川秀夫, 柿原清章, 寺嶋一彦
    • 学会等名
      第30回日本ロボット学会学術講演会
    • 発表場所
      北海道札幌コンベンションセンター
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Control system of omni-directional mobile robot with caster drive mechanism to develop reduction of motor output2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Ueno, H. Kitagawa, K. Kakihara, K. Terashima
    • 学会等名
      15th International Conference on Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Robot
    • 発表場所
      Baltimore, Maryland, USA
    • 年月日
      2012-07-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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