研究課題
本研究では、人の筋のように駆動力と弾性を同時に持つ駆動系を用いた多関節構造体に対し、エネルギー効率の観点から共振概念を導入し、高エネルギー効率運動制御を実現した。本高エネルギー効率運動制御を実現するためにまず、時間軸変換を用いた運動速度の最適化法を提案した。本方法では、幾つかの運動制御の結果に対して時間軸変換法を用いることで、最適な時間軸関数を得ることができる。本方法の利点は、制御対象のパラメータや複雑な数値計算が不要なことである。また、このような運動制御を実現するために、関節の剛性を可変にできる新たな機構を提案した。本可変剛性機構の利点は、使用する弾性要素が小型・軽量で良いこと、部品点数が少ないこと、製作が容易であること、剛性を調節できる範囲が広いこと、剛性を一定に保つためにエネルギーを必要としないことである。これらの利点から、本機構は弾性要素を用いた高エネルギー効率運動制御の実現可能性の向上に大きく貢献する。本共振概念によるエネルギー効率の最適化は、本可変剛性機構を用いて実験的に確認した。その結果、多関節ロボットの周期運動において９０％以上の省エネルギー効果を確認した。提案可変剛性機構を用いた、人の運動を補助する膝関節用ロボット装具も実現しつつある。本装具は、通常のロボットスーツなどとは違い、機械的な剛性を可変にするためにアクチュエータを用いる。よって、アクチュエータの減速機による強い摩擦が人の関節に直接影響しないため、本装具は人の運動を妨げにくい。また、共振概念を利用することで高エネルギー効率も実現可能である。また、人の筋肉と同様に駆動力が剛性に干渉する空気圧駆動系に対しても、エネルギー効率の観点から剛性を最適化する運動性制御法を確立しつつある。
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of Robotics and Mechatronics
巻: Vol.24 ページ: pp.115-122
