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2012 年度 実績報告書

冗長関節を制御するシナジーモデルの構築とロボット制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 12J03758
研究機関名古屋大学

研究代表者

東郷 俊太  名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワード関節間協調 / UCM解析 / 冗長性 / フィードバック制御 / 冗長マニピュレータ
研究概要

本研究の目的は、人間のダイナミクスパラメータを考慮することによって、人間の巧みな協調運動を再現できる、冗長系制御モデルを構築することである。申請者は本年度、人間の関節間協調の特徴に着目し、冗長多関節を協調的に制御する"UCM参照フィードバック制御法"を考案した。この方法では、手先に影響を与えない関節角の組の空間であるUCM空間から、時々刻々と一意な姿勢を決定し続けることで、関節角がばらついても手先がばらつかないような、関節間協調を再現できた。一次元で与えられる手先軌道を追従するタスクを設定し、提案法を用いたシミュレーション実験を行った。また同様のタスクを人間が行った際の腕運動を計測し、結果を比較した。その結果、腕の運動学的な特徴や関節間協調の性質を提案法はよく再現することが出来た。よって、提案法であるUCM参照フィードバック制御法は人間の制御モデルとして妥当であり、人間は時々刻々とUCM空間を参照している可能性があることを示唆した。本研究の結果は、近年注目が集まっている関節間協調がどのような制御メカニズムで達成されているのかを説明することのできる制御モデルとして有力なモデルであることを示している。本研究の次の段階として、人間の制御モデルとしての妥当性をさらに向上させるために、人間のダイナミクスパラメータ、特に人腕の機械インピーダンスの推定が必要である。また、ロボット制御への応用も行う。現状では、人腕の機械インピーダンスを推定するための実験環境の構築、ロボット制御を行うための3リンクアーム実機環境の構築が完了している。来年度は引き続き、上記の環境を用いて実験を行う予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度では人腕の機械インピーダンス推定と振動抑制制御モデルの考案を行う予定であった。機械インピーダンスの推定に関しては計測実験の環境を構築した。振動抑制制御モデルに関しては、代わりに平成25年度に行う予定であった冗長性制御モデルの考案を前倒しで行い、多関節腕の新しい制御モデルを提案した。その成果が学術輪文に掲載された。以上の点より、本研究は順調に進展しているといえる。

今後の研究の推進方策

平成25年度では、人腕の機械インピーダンス推定、平成24年度に提案した冗長多関節の制御モデルのさらなる拡張、ヒューマノイドロボット制御への応用に取り組む。機械インピーダンスの推定に関しては、平成24年度において計測環境を構築したので、被験者を用いた計測実験を行う。制御モデルの拡張に関しては、人間の生体としての制御モデルの妥当性をより高めるため、計測実験からの知見も考慮にいれて改良を行う。また、当初は平成24年度に行う予定であった、振動抑制制御モデルへの拡張も行う。ヒューマノイドロボット制御への応用に関しては、平成24年度において3リンクアーム実機による実験環境の構築を完了しているので、それを用いて制御モデルの有用性を確認する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 冗長関節アームの協調動作のためのUCM参照フィードバック制御法2013

    • 著者名/発表者名
      東郷俊太, 香川高弘, 宇野洋二
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌D

      巻: J96-D ページ: 346-356

    • 査読あり
  • [学会発表] 軌道追従タスクにおける多関節腕の協調制御2013

    • 著者名/発表者名
      東郷俊太, 香川高弘, 宇野洋二
    • 学会等名
      ニューロコンピューティング研究会(NC)
    • 発表場所
      玉川大学(東京都)
    • 年月日
      2013-03-14
  • [学会発表] UCM空間を用いた冗長マニピュレータの協調制御2012

    • 著者名/発表者名
      東郷俊太, 香川高弘, 宇野洋二
    • 学会等名
      日本ロボット学会 第30回記念学術講演会
    • 発表場所
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • 年月日
      2012-09-20
  • [学会発表] Coordinated Motion Control of a Redundant Joint Arm using an Uncontrolled Manifold2012

    • 著者名/発表者名
      S. Togo, T. Kagawa and Y. Uno
    • 学会等名
      JNNS2012
    • 発表場所
      名古屋工業大学(愛知県)
    • 年月日
      2012-09-14
  • [備考]

    • URL

      http://www.uno.nuem.nagoya-u.ac.jp/~togo/

URL: 

公開日: 2014-07-16  

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