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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Soft Robotics Control Engineering by Combining Probabilistic Model-Based Control and Sensor Feedback

Research Project

Project/Area Number 20H00610
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

田原 健二  九州大学, 工学研究院, 教授 (80392033)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 入澤 寿平  岐阜大学, 工学部, 准教授 (30737333)
木野 仁  中京大学, 工学部, 教授 (50293816)
高木 賢太郎  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60392007)
佐藤 訓志  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (60533643)
舛屋 賢  宮崎大学, 工学部, 准教授 (60796358)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords確率モデル / 対数正規分布 / カルマンフィルタ
Outline of Annual Research Achievements

今年度はまず,これまで構築してきた,確率的な揺らぎを含むソフトロボットフィンガーのモデルについて,その確率モデルを基にした状態推定オブザーバを構築した.基本的にはカルマンフィルタをベースとしているが,ソフトロボットフィンガーの確率分布が正規分布ではなく対数正規分布であったことから,正規分布への変換を行うことでカルマンフィルタを適用可能な状態とし,それを基にカルマンフィルタを構築して状態推定を実現した.具体的には,指の角度をセンサレスで推定することを試みた.モデルに確率的要素が含まれていることから,繰り返しの試行において,ある範囲内での推定が実現可能であることを数値的および実験的にしめした.推定された状態を基にフィードバック制御を行った.状態推定での誤差がそのまま定常偏差として残る形にはなったが,状態フィードバックが可能なことを示した.
また,樹脂の光ファイバーをセンサかつアクチュエータとして利用する人工筋肉アクチュエータを開発し,光ファイバーの計測光量と温度計測値,荷重の情報から変位の推定を行う手法を構築した.さらに波形状に成形した光ファイバーを用いた伸長・屈曲センサを開発し,波形状部における光ファイバの曲げ半径が伸長に伴って変化することで,伸長を計測できること,および光ファイバを2層構造にすることで屈曲の計測が行えることを示した.
また,ナイロン糸人工筋肉のモデル化において,温度に加法的に正規白色雑音が印可される設定の下で確率微分方程式モデルを構築し,非線形オブザーバを利用した温度制御を実装してその有効性を示した.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (21 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Tactile sensor-less fingertip contact detection and force estimation for stable grasping with an under-actuated hand2024

    • Author(s)
      Ha Thang Long Doan, Hikaru Arita, and Kenji Tahara
    • Journal Title

      ROBOMECH Journal

      Volume: 11 Pages: -

    • DOI

      10.1186/s40648-024-00273-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 確率的表現された粘弾性パラメータを用いた柔軟指の実時間状態推定2024

    • Author(s)
      本司 澄空,有田 輝,田原 健二
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 未定 Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 回転型釣糸人工筋肉アクチュエータの拮抗型合トルク制御2023

    • Author(s)
      吉田 優太郎,林 亮,舛屋 賢,高木 賢太郎,有田 輝,田原 健二
    • Journal Title

      日本ロボット学会誌

      Volume: 41 Pages: 573-576

    • DOI

      10.7210/jrsj.41.573

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Variable end-point viscoelasticity control for a musculoskeletal redundant arm2023

    • Author(s)
      Shoki Tsuboi, Hikaru Arita, Hitoshi Kino, and Kenji Tahara
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 37 Pages: 1128-1141

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2239880

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stochastic approach for modeling soft fingers with creep behavior2023

    • Author(s)
      Sumitaka Honji, Hikaru Arita, and Kenji Tahara
    • Journal Title

      Advanced Robotics

      Volume: 37 Pages: 1471-1484

    • DOI

      10.1080/01691864.2023.2279600

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Convergent Conditions of Feedforward Control for Musculoskeletal Systems with Multi 1-DOF Joints Driven by Monoarticular and Biarticular Muscles2023

    • Author(s)
      Hiroaki Ochi, Koichi Komada, Kenji Tahara, and Hitoshi Kino
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 35 Pages: 751-761

    • DOI

      10.20965/jrm.2023.p0751

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] テニスストリングへの応用を想定したモノフィラメントの撚糸技術開発2024

    • Author(s)
      入澤 寿平, 田中 将智、岩田 颯人
    • Organizer
      プラスチック成形加工学会第35回年次大会
  • [Presentation] 折り紙構造を利用した形状可変なワイヤ駆動型ソフトロボットの開発2024

    • Author(s)
      藤田 航奨, 舛屋 賢
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2024
  • [Presentation] Proposal of Feedforward Trajectory Control with Iterative Learning for a Musculoskeletal System2024

    • Author(s)
      Kazuki Senda, Koichi Komada, Tetsuya Morizono, Yuki Matsutani, Kenji Tahara, and Hitoshi Kino
    • Organizer
      IEEE 18th Int. Conf. on Advanced Motion Control
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] xternal Sensor-less Fingertip Force/Position Estimation Framework for a Linkage-based Under-actuated Hand with Self-locking Mechanism2024

    • Author(s)
      Ha Thang Long Doan, Hikaru Arita, and Kenji Tahara
    • Organizer
      2024 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 撚糸状繊維の応力と歪みの相関に関する検討2023

    • Author(s)
      岩田颯人, 入澤寿平, 島袋出, 高橋紳矢, 武野明義, 田中将智
    • Organizer
      第36回若手繊維研究会
  • [Presentation] 撚糸技術を用いた高分子アクチュエータの開発2023

    • Author(s)
      岩田 颯人, 入澤 寿平
    • Organizer
      第36回若手繊維研究会
  • [Presentation] LSTMを用いた光ファイバアクチュエータの動作推定2023

    • Author(s)
      吉本 貴哉, 舛屋 賢
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
  • [Presentation] Sensorless Angular Position Estimation of Rotational Type Twisted Polymeric Fiber Artificial Muscles2023

    • Author(s)
      C. K. Wong, H. Arita, K. Masuya, S. Satoh, and K. Tahara
    • Organizer
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 釣糸人工筋の作製時コイリング中の温度が駆動特性に及ぼす影響について2023

    • Author(s)
      伊藤 蒼大,岡本 岳人,入澤 寿平,舛屋 賢,田原 健二,比留田 稔樹,高木 賢太郎
    • Organizer
      第24回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 筋骨格システムの筋内力フィードフォワード位置制御法における繰り返し学習を用いた軌道制御2023

    • Author(s)
      千田 和輝,駒田 洸一,松谷 祐希,田原 健二,木野 仁
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] External Sensor-Less in-Hand Object Position Manipulation for an Under-Actuated Hand Using Data-Driven-Based Methods to Compensate for the Nonlinearity of Self-Locking Mechanism2023

    • Author(s)
      Ha Thang Long Doan, Hikaru Arita, and Kenji Tahara
    • Organizer
      2023 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Data-driven-based Stable Object Grasping for a Triple-fingered Under-actuated Robotic Hand2023

    • Author(s)
      Ha Thang Long Doan, and Kenji Tahara
    • Organizer
      2023 IEEE/SICE International Symposium on System Integration
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 確率的表現された粘弾性パラメータを用いた柔軟指の状態推定2023

    • Author(s)
      本司 澄空, 有田 輝, 田原 健二
    • Organizer
      第41回日本ロボット学会学術講演会
  • [Presentation] 内在筋と外在筋を模した油冷ナイロン糸人工筋肉ロボット指2023

    • Author(s)
      山本 修平, 有田 輝, 田原 健二
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
  • [Remarks] 九州大学 大学院工学研究院 機械工学部門 ヒューマンセンタードロボティクス研究室

    • URL

      https://www.hcr.mech.kyushu-u.ac.jp

URL: 

Published: 2024-12-25  

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