| 研究課題/領域番号 |
26420196
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
西川 敦 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20283731)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 筋骨格ロボット / ロボットハンド / バイオロボティクス / バイオミメティクス / 生体ゆらぎ / 筋拮抗比 / 筋シナジー / 空気圧アクチュエータ |
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| 研究実績の概要 |
本年度の研究では、多関節筋を有する非対称拮抗駆動ロボットフィンガーに対し、生体ゆらぎを模倣したゆらぎ制御手法を適用し、指先位置制御実験によりその制御性を示すとともにロボットフィンガーの有する特徴に着目した２つのゆらぎ制御手法を新たに提案し、制御性能の向上を図った。具体的には、まず、座標探索シミュレーションを介してゆらぎ制御器の基礎設計を行い、制御器の有するパラメータ値の違いによる状態のさまざまな挙動を示した。次に、設計したゆらぎ制御器をロボットフィンガーの有する複数のアクチュエータに与える各圧力を探索対象とした「圧力探索型ゆらぎ制御器」として適用し、実装実験を行った。その際、指を伸展させた状態から屈曲させる屈曲タスクと指を屈曲させた状態から伸展させる伸展タスクの２つのタスクを行った。その結果、各タスクで達成度に大きく違いが出ることを示した。最後に、ロボットフィンガーの非対称なアクチュエータ配置を仮想的に対称配置にした「仮想拮抗筋構造」を提案するとともに、ロボットフィンガーの拮抗したアクチュエータの協調に着目し、「筋協調に着目したゆらぎ制御器」を設計し実装実験を行った。屈曲タスクと伸展タスクの２つのタスクを行った結果、それぞれのタスクを達成することができ、筋協調に着目したゆらぎ制御器とすることでさまざまなタスクへの適応性が向上することを示した。一方で、ゆらぎ制御器は非モデルベースの制御手法であり探索を行いながら動作するため目標姿勢に収束するすなわちタスクを達成するまでに時間がかかるという問題がある。次年度（最終年度）は、ハード・ソフトの両面で収束時間の短縮を試みるとともに、本年度にまでに構築したロボットフィンガーをベースに「楕円型転がり接触関節を有する多自由度筋骨格ロボットシステム」の構築と制御を行っていく。
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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
本研究の当初の最終目的は、「楕円形転がり接触関節を有する多自由度筋骨格ロボットフィンガー」を開発し、ヒトの身体運動メカニズムを構成論的に理解することであった。この目的に対して、本研究費交付申請時の研究実施計画においては4つのサブ課題を設定し、平成27年度までにサブ課題1～3を実施完了させ、最終年度（平成28年度）にサブ課題4を集中的に実施する計画となっていた。
【サブ課題1】屈曲・伸展運動と外転・内転運動を行うことができる「自由度2」の転動関節モデルの構築
【サブ課題2】主動筋と拮抗筋の協調に基づく筋骨格「転動」関節モデルの構築と制御方式の確立
【サブ課題3】楕円形転がり接触関節を有する筋骨格ロボットフィンガーの構築
【サブ課題4】詳細な力学モデルに基づく楕円形転がり接触関節の理論的解析
これに対して、サブ課題1と2は予定通り順調に完了、サブ課題3は未完、一方、サブ課題4は逆に前倒し実施中という状況である。なお、サブ課題3が未完の主たる理由は、平成27年度末時点の研究成果として、当初の最終目的の枠組をロボットフィンガーのみならずより広いカテゴリーの筋骨格ロボットシステムへ拡張・展開できる見込みが得られたためである（【拡張サブ課題3】として最終年度も継続実施）。以上をまとめると、当初の計画と研究の進め方・スケジュールが変更になっている課題もあるが、最終年度において容易に調整が可能であり、研究の枠組はむしろ広がっていることから、トータルでは「おおむね順調に進展している」と自己評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度（平成28年度）は、当初計画より先行して進めているサブ課題4（詳細な力学モデルに基づく楕円形転がり接触関節の理論的解析）、ならびに、前年度からの発展的継続事項である拡張サブ課題3（楕円形転がり接触関節を有する筋骨格ロボットシステムの構築）の2つの課題を並行して進めていく。
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