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福祉分野への応用が可能な汎用2足歩行モジュールの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16760208
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関早稲田大学

研究代表者

菅原 雄介  早稲田大学, 理工学術院, 助手 (60373031)

研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2006年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2004年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワードロボティクス / メカトロニクス / 知能ロボット
研究概要

本研究は,階段や斜面を昇降できる2足歩行型の歩行障害者用車いすなど福祉分野での現実的な利用が可能な汎用2足歩行ロボットの開発を目指し,主に福祉分野への現実的応用が可能な改良機の開発を目的とした.
平成18年度には,安定性の向上と信頼性の向上の2面から並行して研究を行った.
まず安定性の向上に関しては,姿勢角センサをもちいた姿勢補償制御により誤差累積を防止する手法を開発した.これにより歩行周期1.02s/step,歩幅0.2m,搭乗者体重50kgでの人間搭乗不整地歩行に成功した.
また,平成17年度には搭乗者の能動的運動による外乱に対するフィードバック制御への第一段階として,早稲田大学で過去に開発されたZMP方程式の初期値解と着地位置変更を用いたリアルタイム外乱補償制御に,目標ZMP修正による発散防止手法とZMP偏差のフィードバックを加えた改良外乱補償制御を開発した.これにより,歩行周期0.96s/step,歩幅0.1m,搭乗者体重50kgで歩行中にピーク125Nの外力を加えた際にも安定に歩行することができた.
またこれらを併用することにより,人間が搭乗して不整地を歩行している最中に外力を加えた際にも安定に歩行が継続できることを確認した.
信頼性の向上に関しては,直動アクチュエータの歩行中のモータ電流実効値のばらつきを平均化させるため,逆動力学シミュレーションとGAを用いたジョイント配置の最適化設計を行い,この結果に基づいてハードウェアを再設計した.この結果歩行中のモータ電流実行値の最大値が約15%低減でき,発熱量の低減も確認できた.またハードウェアの軽量化も行い,最大積載重量を20kg増加させ,またこれにより体重75kgの人間搭乗歩行に成功した.
これらにより,福祉分野への応用が可能な人間搭乗2足歩行ロボットの基礎技術を開発できたと考える.

報告書

(3件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (19件) 図書 (1件) 産業財産権 (11件)

  • [雑誌論文] Experimental Stiffness Measurement of WL-16RII Biped Walking Vehicle during Walking Operation2007

    • 著者名/発表者名
      G.Carbone, Y.Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics Vol.19,No.3未定(採録決定済)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 搭乗者の受動的運動を考慮した人間搭乗型2足歩行ロボットの歩行パターン生成2007

    • 著者名/発表者名
      菅原雄介, 橋本健二, 他
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌 Vol.25,No.6未定(投稿中)

    • NAID

      10019859395

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 着地軌道修正制御と推定姿勢補償制御による人間搭乗屋外歩行の実現2007

    • 著者名/発表者名
      橋本健二, 菅原雄介, 他
    • 雑誌名

      日本ロボット学会誌 Vol.25,No.6未定(投稿中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] New Biped Foot System Adaptable to Uneven Terrain2006

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hashimoto, Yusuke Sugahara, Hun-ok Lim, Atsuo Takanishi
    • 雑誌名

      Journal of Robotics and Mechatronics Vol.18,No.3

      ページ: 271-277

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Realization of Stable Biped Walking on Public Road with New Biped Foot System2006

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hashimoto, Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2006 the first IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Towards the Biped Walking Wheelchair2006

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2006 the first IEEE/RAS-EMBS International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Walking- Control Method of Biped Locomotors on Inclined Plane2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara. et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation

      ページ: 1989-1994

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Realization by Biped Leg-wheeled Robot of Biped Walking and Wheel-driven Locomotion2005

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hashimoto, Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation

      ページ: 2981-2986

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Development of Foot System of Biped Walking Robot Capable of Maintaining Four-point Contact2005

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hashimoto, Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

      ページ: 1464-1469

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Walking Up and Down Stairs Carrying a Human by a Biped Locomotor with Parallel Mechanism2005

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara. et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

      ページ: 3425-3430

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Realization of Dynamic Human-Carrying Walking by a Biped Locomotor2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara. et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Automation

      ページ: 3055-3060

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] WL-15: Prototype of a Multi purpose Biped Locomotor with Parallel Mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara. et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control (ROMANSY2004)

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Support Torque Reduction Mechanism for Biped Locomotor with Parallel Mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara. et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

      ページ: 3213-3218

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Realization of Dynamic Human-Carrying Walking by a Biped Locomotor2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics an Automation

      ページ: 3055-3060

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] WL- 15: Prototype of a Multi-purpose Biped Locomotor with Parallel Mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 15th CISM-IFToMM Symposium on Robot Design, Dynamics and Control (ROMANSY2004)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 脚部にパラレルリンク機構を用いた2足ロコモータの開発(第5報:自重支持トルク低減機構による可搬重量の増加と消費エネルギの低減)2004

    • 著者名/発表者名
      菅原雄介, 他
    • 雑誌名

      日本ロボット学会第22回学術講演会予稿集

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 脚部にパラレルリンク機構を用いた2足ロコモータの開発(第6報:姿勢補償制御を用いた傾斜路面歩行)2004

    • 著者名/発表者名
      菅原雄介, 他
    • 雑誌名

      日本ロボット学会第22回学術講演会予稿集

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 2足歩行ロボットの移動交率向上を図った車輪式足部機構の開発2004

    • 著者名/発表者名
      橋本健二, 細畠拓也, 菅原雄介, 他
    • 雑誌名

      日本ロボット学会第22回学術講演会予稿集

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Support Torque Reduction Mechanism for Biped Locomotor with Parallel Mechanism2004

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Sugahara, et al.
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems

      ページ: 3213-3218

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] パートナーロボット資料集成2005

    • 著者名/発表者名
      比留川博久, 菅原雄介, 高西淳夫, 他
    • 総ページ数
      602
    • 出版者
      株式会社エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 直動リンク装置及びそれを用いたロボット並びに2足歩行ロボット2006

    • 発明者名
      高西淳夫,他
    • 権利者名
      高西淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2006-04-24
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 多点接地型足部支持機構及びそれを備えた2足歩行ロボット(以下略)2006

    • 発明者名
      高西淳夫,他
    • 権利者名
      高西淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2006-09-12
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 歩行パターン作成装置、2足歩行ロボット装置、(以下略)2006

    • 発明者名
      高西淳夫,他
    • 権利者名
      高西淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2006-09-12
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2004-2245652005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-07-30
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2004-2427252005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-08-23
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2004-2429292005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-08-23
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2004-2675992005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-09-14
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2005-1306312005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-04-27
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2005-2660642005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-09-13
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2005-2677202005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-09-14
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [産業財産権] 特願2005-2676972005

    • 発明者名
      高西 淳夫, 他
    • 権利者名
      高西 淳夫, 株式会社テムザック
    • 出願年月日
      2005-09-14
    • 関連する報告書
      2005 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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