| 研究課題/領域番号 |
26420200
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
藤井 文武 山口大学, 理工学研究科, 准教授 (30274179)
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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 | パワーアシストスーツ / ２自由度制御系 / マッキベンアクチュエータの動特性モデル / 加速度推定 / 適応制御システム / 外乱オブザーバー |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，本研究課題に関連するアシストスーツの開発に関して他機関より受けた助成の関係で，実働デモを行うことのできるアシストスーツの実験機を完成させる必要があったため，本研究では平成27年度の実施予定としていた制御システムの構築を前倒しして実施した。本研究課題の提案におけるアイディアの要点である「関節角加速度を利用した身体運動に同調するアシストの提供」は変更することなく，加速度推定値の算出については線形の角速度・角度観測モデルに基づくカルマンフィルタを設計し，そこで得られた加速度推定値を制御系の目標値として利用するような制御システムを構成し，別途試作したアシストスーツの実験機に実装して初期の機能評価を行った。
今回、２とおりの制御システムを構築評価した。第一に試したのは，作業時に各関節に発生している負荷トルクを，研究代表者らが提案したマッキベンアクチュエータの動特性モデルの構造を利用した「外乱オブザーバー」で推定しトルク補償を行うフィードバック制御に，身体運動への十分な追従性を確保するために同じアクチュエータモデルを活用して設計したフィードフォワード制御則を組み合わせた２自由度制御系である。また，計画書には記載していないが，作業中に時々刻々変化する負荷の情報を推定し，関節運動のサポートに活用しようとする適応制御を用いた制御系も設計した。これは，生成された身体運動意図関連信号へのより高精度な追従を実現するためのものである。
この２つの制御系を実装したアシストスーツの実験機を用い，5kgから30kgの重りを持ち上げる実験を行った。２つの制御系とも、期待していた通りの性能を発揮することが確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
「研究実績の概要」の項で説明したとおり，当初は平成２７年に実施予定であったアシストスーツ制御システムの設計と動作確認，評価を前倒しして行った。この検討において，当初計画で検討していた外乱オブザーバーに基づく二自由度制御系を利用した場合に十分な関節運動への追従が確保できなかったため，当初計画になかった適応制御則を設計し実装・検証した。適応制御則に基づく制御システムは、カルマンフィルタにより推定された関節の角加速度・角速度・角度信号に高い精度で追従することが確認できた。これにより，身体運動への同調を達成するために適切な目標値信号が生成できた時には，これを本年度の成果である適応制御系に組み込むだけで十分な性能を発揮する制御システムが構築できることのめどが立った。それと同時に，各関節の状態推定に関する課題も明らかになり，これを踏まえて２６年度実施予定の課題に取り組めば，当初計画以上に重要な知見が得られ，アシストスーツ制御系設計における設計仕様の項目と内容の決定も進むものと期待される。よって，平成２７年度終了時点での到達状態予測を考えれば，当初計画より順調に進展しているものと言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，当初計画初年度の実施を検討していた，イナーターを利用する運動意図信号の生成について，①我々が既に作り上げたジャイロセンサ・角度センサ出力を利用した線形カルマンフィルタによる角加速度推定値との比較，②同時に計測する筋電位信号との関係解析、の２つの手段を通じて検討を進め，これらの成果をまとめることで，アシストスーツに実装する装着者運動意図推定システムとして完成させることを目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
物品費の利用に関して，当初の研究計画から実施内容を修正して実行したことによる支出の変化が原因である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
本年度は，運動に伴って各関節に発生する回旋運動の角加速度の推定値と，人間が意図する仕事量の定量的な関係を明らかにすることに注力することになる。このために，関節運動時の回旋トルクを測定するトルクセンサを購入したり，筋肉の活動量の定量評価のために近隣公設試が開放している筋電位測定装置の借用を頻繁に行う必要があり，前年度の残予算はこのいずれかに充当する計画にしている。
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| 備考 |
研究室ＨＰのトップページで紹介しているフラッシュビデオの一つ
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