反射制御による危険回避機能を持つ福祉機械用パワーアシストシステムの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750116
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 樋口 勝 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40293039)
• Keywords: パワーアシストシステム / マンマシンシステム / 福祉用機械 / 歩行椅子 / 動的負荷

Research Abstract

福祉用機械として歩行椅子を適用対象とし,脚の運動および歩行面の凹凸により生じる急激な負荷変動だけでなく,予期せぬ急激な負荷変動に対応できるパワーアシスト技術を開発することを目的とし,本年度はそのパワーアシスト駆動系の基礎的な検討を行った.
まず,歩行実験により歩行速度,加速度,脚質量,歩行面の凹凸状態と負荷トルクの関係を把握した.
次に,実際に歩行椅子を駆動するのではなく,固定した椅子に座った人間がパウダーブレーキとサーボボモータにより発生した負荷に対してクランクを回転する基礎実験装置を製作し,運動強度とアンケートによる主観的評価による疲労の評価により最大動力を得られるトルクと角速度を把握した.
そして,歩行椅子の負荷変動に対して移動速度および人間の操作感の変動が小さくなるパワーアシスト駆動系として,負荷トルクと人間の発生トルクに独立関係があり出力軸とクランク入力軸の角速度に比例関係を有する機構を用いることを提案し,具体的に歯車列を用いた駆動系を提案した.
さらに,負荷トルク変動の影響を受けず定常歩行において一定の速度で駆動でき,使用者により駆動トルク・角速度を容易に設定できるパワーアシスト制御則として,内部に仮想的な粘性摩擦を有する回転慣性系を有する制御則を提案し,上述の最大動力の得られる条件で駆動できる制御パラメータ決定法を提案した.
最後に,実験により提案したパワーアシスト駆動系によりパワーアシストを行うことでこれを行わない場合と比較して駆動トルク,角速度の変動を小さく抑えることができ,また,それらの平均値もほぼ目標値と一致させることができることを明らかとした.