| 研究課題/領域番号 |
19K06326
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| 研究機関 | 津山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
井上 浩行 津山工業高等専門学校, 総合理工学科, 教授 (00232554)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | パワーアシスト / 農業ロボティクス / 移動ロボット |
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| 研究実績の概要 |
研究の目的は、ぶどう栽培に代表される立位姿勢で長時間腕を上げての作業負担を軽減するモビリティ型のパワーアシストシステムを開発することである。令和元年度は、ぶどう農園内を走行するモビリティのプロトタイプを試作した。不整地での走行性能を考慮して、（株）リコーが開発したクローラー型の移動体を左右に配置し、その間に作業者が座位姿勢で搭乗するモビリティを提案した。用いた移動体は、インホイールモータ方式を採用しているため、モータの配置スペースが不要となり、モビリティ自体を小型化することができた。また、モビリティの操作には、直感的に操作がしやすいジョイスティックを用い、制御システムのプラットホームを構築した。
次に、モビリティに搭乗した作業者の腕の動きを補助するパワーアシスト装具を試作した。補助する作業としては、剪定作業や収穫作業を対象とした腕を上げての作業を想定し、上腕、前腕、手の動きを一つのモータで補助するため、装具はリンク機構を用いて構成した。リンクの駆動は、送りねじ機構を用いてモータの回転を直線運動に変換して行った。また、送りねじ機構には、モータを静止させた状態でもセルフロック機能があるため、負荷によって装具が動くことがないために安全である。
そして、作業者の体型に応じて腕に沿わせて装具が配置できるように、モビリティには冗長自由度を有するアームを用いて装具を取り付けた。本システムでは、作業者は座位姿勢で作業を行い、装具の自重はモビリティで支えるため、従来の装着型に比べて作業者の肩、腰、脚への負担が軽減された。
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| 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
ぶどう農園内を走行するモビリティのプロトタイプとして、クローラー型の移動体を用いて試作し、実際に人を載せてジョイスティック操作で基本的な走行が可能であることを確認した。そして、インホイールモータ方式を採用した移動体であるため、モータの配置スペースが不要となり、モビリティ自体を小型化することができ、開発コンセプトを満たしている。しかし、現状は整備環境下での走行に限定されているため、非整備環境下での走行を実現するためには更なる改良や新たな機構の開発が必要になる。
作業者の上腕、前腕、手の動きを一つのモータで補助するため、リンク機構を用いてパワーアシスト装具を試作し、剪定作業や収穫作業を想定した作業パターンに対して評価実験を行った。その結果、肩関節、肘関節、手関節の屈曲伸展動作を補助効果があることを確認した。設計したリンク機構の有効性が確認されたことで、今後の研究に向けての基礎技術が確立された。
パワーアシスト装具のモビリティへの取り付けに冗長自由度を有するアームを用いることで、使用者の体型に応じて装具を腕に沿わせて配置することが可能であることを確認した。現状では補助する腕の動きには限界があるが、ぶどう栽培作業において必要最低限の仕様は満足している。
以上のことから、おおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
モビリティに関しては、実際に人を載せてジョイスティック操作で基本的な走行が可能であることを確認しているが、走行環境が整備環境下であったため、実際の使用環境を想定した非整備環境下での走行を試みる。非整備環境下での走行によって生じた課題に対処することで、搭乗者の安全性ならびに走行性能を確保する。
パワーアシスト装具に関しては、リンク機構の基本設計は終了しているが、駆動トルクが不足気味であるため、この課題に対処する。また、補助する作業の汎用性を高める方策についても検討を行う予定である。
最後に、モビリティならびにパワーアシスト装具それぞれ単独に構成されている制御システムを一つに統合し、それらを操作するインタフェースを提案する。操作用インタフェースは、作業者にとって直感的にわかりやすいものでありながら、誤操作を生じさせないような配慮が必要である。また、普及率が高い携帯端末を用いたインタフェースについても取り組む予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究遂行において必要な消耗品等に関して、次年度の研究で実施する方が有用であると研究成果から判断し、次年度の物品費として使用する予定である。
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