| 研究課題/領域番号 |
21K12074
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分61050:知能ロボティクス関連
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| 研究機関 | 前橋工科大学 |
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研究代表者 |
朱 赤 前橋工科大学, 工学部, 教授 (20345482)
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| 研究分担者 |
齋藤 繁 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (40251110)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 冗長機構 / 快適性 / 下肢外骨格 / 外骨格 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ロボット内部の特定の部位を不動に制御できる冗長機構の特徴を利用し、装着者への固定部位は装着者の皮膚に擦れを生じさせないような新たな下肢外骨格パワーアシストロボットの機構とその位置/力制御手法を提案し、パワーアシストを行うと同時に、擦れとそれによって生じた痛みなどの皮膚トラブルの低減が可能になる。さらに、擦れをなくした人への固定部位に必要なセンサを取り付け、擦れで生じるノイズが低減されたセンサ情報とロボットと人体のモデルを用いることにより、装着者の運動状態特に足裏の力/トルク情報を高精度に推定し、実時間での下肢外骨格ロボットの軌道計画が可能になり、力センサレスで下肢パワーアシストが実現できる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、下肢外骨格ロボットを装着する際に用いるベルトが人間と一緒に動く際に擦れが発生してしまう問題に対し、機構の冗長性を用いることで解決を図り、さらに、ロボットと人体の動的モデルにより、ロボットまたは人間の足裏にセンサを装着せず、装着者の運動状態特に足裏の力/トルク情報を高精度に推定し、力センサレスでの下肢パワーアシストの実現を目的とした。
前年度までは、ロボットを人間に固定するベルトの位置を能動的に修正するための関節を付加し、冗長型下肢外骨格ロボットのモデルを構築した。外乱によってベルトの位置にズレ（偏差）が生じた際、そのズレをもとにして軌道に修正を加える手法を提案した。その有効性を示すため、人体組織を再現したせん断力モデルを用いて、ベルトズレ修正の有無でベルト直下に働くせん断力を比較した。ベルトズレ修正によりせん断力は常に低いレベルの値となり、最終的にズレがほぼ完全に解消され、せん断力もほぼ0にすることができた。これにより本手法の有効性を示すことができた。また、ロボットのリンク長を最適化し、「外骨格が人間に対しどれだけ動けるか」、「外骨格が最大どれだけアシスト可能なのか」を従来の指標を発展させて提案した。
今年度は、人体の下肢の構造と歩行運動のメカニズムを考慮し、人間の下半身の5関節のモデルを構築した。また、モーションキャプチャシステムで計測された下肢の運動情報を用い、逆動力学の計算により、歩行相の判別方法と床反力の推定手法を提案した。それを検証するためにフォースプレートを用いた検証実験を行い、提案された床反力の推定手法の妥当性を検証し、実験結果と理論計算結果はほぼ同じであることを確認し、人間の歩行時の足裏の反力を推定することに成功した。
これにより、人にやさしい新たな下肢外骨格パワーアシストロボット技術を確立したと言える。
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