Human-Machine Cooperative Control based on Vector Field

基于矢量场的人机协同控制

• 批准号: 21H01283
• 负责人: 岡田 昌史
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01283/
• 关键词: 人間機械協調系; 人の運動支援; 自律制御系; 衝撃緩和; 機構の特異性; 人機械協調系; 軌道アトラクタ; 人の力学モデル; Assist as needed; ロボット工学; 制御工学

(a)-(1) 人が漕ぎやすい車椅子の設計：これまでに，漕ぎやすい車椅子の開発を目指し，人の力学モデルの導出と機構の最適化を行った．2022年度は最適化結果から車椅子を試作し有効性を検証した．この車椅子は肘掛けの部分にリニアな駆動機構を有し，これを手前に引くことで引いた長さだけの移動量を実現する．一般の車輪を手で押して回す車椅子と比較し，引く動作は効率が高いこと，すなわち，内力となって失う成分が小さくなることを実験によって示し，提案する機構の有効性が示された．(a)-(2) 人の運動訓練支援装置の設計(立ち上がりの補助)：高齢者施設などで，ヘルパーが高齢者を抱きかかえるのではなく手を引きながら立ち上がりを補助するケースが見られる．これにより，障がいがある人でも容易に立ち上がれる．本研究はこれを力学的に解明し，人の立ち上がりを補助するロボットの制御系を設計することにある．2021年度では人の力学特性を元にロボットの手先軌道の設計を行った．2022年度は，Assist as neededのコンセプトに基づきロボットの制御系設計を行った．特に，人が立ち上がろうとする意思を促すことを重視し，速度拘束(時間の拘束)を持たない制御系とするために，ベクトル場を利用した制御則を開発した．人を模擬するロボットを試作し，これを引いて補助する実験により，人の発生力に応じて速度を変化させながら，Assist as neededを実現することを検証した．(b) 環境との接触における衝撃緩和機構の開発：これまでに開発したパッシブな運動量交換型衝撃ダンパを応用し，高齢者がベッドから落下した際にその衝撃を吸収する床機構を試作し，有効性を検証した．2022年度は，まず機構の構造を検討し，特に力のはたらく方向とその伝達を解析しながら，小型の床機構を試作し，実験によって落下物の衝撃が小さくなることを検証した．

(a) - (1) が cao ぎ や す い car chair の design: こ れ ま で に, cao ぎ や す い car chair の 発 を refers し, people の mechanics モ デ ル の export と institutions の line optimization を っ た. The <s:1> optimization results of 2022 た ら car chair を trial work <s:1> effectiveness を検 proof <s:1> た. こ の car chair は elbow hang け の part に リ ニ ア な 駆 mechanism を し, こ れ を に before hand lead く こ と で lead い た long さ だ け の travelmotion を be presently す る. General の を hand wheel で detain し て す car chair back と し, lead く action は sharper rate high が い こ と, す な わ ち, internal force と な っ て う loss component が small さ く な る こ と を be 験 に よ っ て し, proposal す る institutions の have sharper sex が shown さ れ た. (a) - (2) の の sports training support device design (vertical ち が り の subsidies) : the high 齢 facilities な ど で, ヘ ル パ ー が high 齢 を embrace き か か え る の で は な く hand を lead き な が ら stand on ち が り を subsidies す る ケ ー ス が see ら れ る. Youdaoplaceholder2 れによ が がある がある is prone to に stand ち on がれる. This study は こ れ を mechanics に interpret し, one is の ち on が り を subsidies す る ロ ボ ッ ト の suppression system design す を る こ と に あ る. In 2021, the mechanical properties of で で <s:1> human <s:1> を are を, and the design of にロボット <s:1> hand-first orbit <e:1> is を. 2022 セプトに, Assist as needed <s:1> コ セプトに セプトに セプトに based づ ロボット ロボット ロボット manufacturing line った. が に, man on ち が ろ う と す る mean を promote す こ と を し, speed constraint の constraint (time) を hold た な い suppression system と す る た め に, ベ ク ト ル を of し た suppression is を open 発 し た. People を simulation す る ロ ボ ッ ト を attempt し, こ れ を lead い て subsidies す る be 験 に よ り, people の 発 SAN miguel に 応 じ を て speed variations change さ せ な が ら, Assist the as men を be presently す る こ と を 検 card し た. (b) environmental と の contact に お け る blunt shock mitigate agency の open 発 : こ れ ま で に open 発 し た パ ッ シ ブ な carry momentum exchange type blunt shock ダ ン パ を 応 し, high 齢 が ベ ッ ド か ら falling し た interstate に そ の blunt shock を suction 収 す る を test bed mechanism on し, have sharper sex を 検 card し た. 2022 annual は ま ず institutions の tectonic を 検 for し, trevor に force の は た ら く direction と そ の 伝 da を parsing し な が ら, small の bed し を try, be 験 に よ っ て droppers の blunt shock が small さ く な る こ と を 検 card し た.

项目成果

人の力学特性を考慮した高効率な車椅子の設計

考虑人体机械特性设计高效轮椅

• 发表时间: 2022
• 作者: Takafumi Morita;Yu Kuwajima;Ayato Minaminosono;Shingo Maeda;Yasuaki Kakehi;WANG Yiting，岡田 昌史
• 通讯作者: WANG Yiting，岡田 昌史

特異姿勢を利用した受動的運動量交換型衝撃吸収ダンパの最適設計

奇异姿态被动动量交换式减振阻尼器优化设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 新美 喬士;竹内 大;徳武 克浩;青山 忠義;栗本 秀;平田 仁;長谷川 泰久;後藤 貴滉，浪花 啓右，中西 大輔，杉本 靖博，八木 康史，槇原 靖，中村 友哉，大須賀 公一;青野浩平，青柳学;岡田昌史，黒須寛明
• 通讯作者: 岡田昌史，黒須寛明

人の力学モデルに基づく動く手すりの軌道最適化

基于人体动力学模型的运动扶手轨迹优化

• 发表时间: 2022
• 作者: Takafumi Morita;Yu Kuwajima;Ayato Minaminosono;Shingo Maeda;Yasuaki Kakehi;于 歌，岡田昌史
• 通讯作者: 于 歌，岡田昌史

ベクトル場の次元拡張による車輪移動系の前進・後退半自律制御

扩展矢量场维数的车轮运动系统正向/反向半自主控制

• 发表时间: 2022
• 作者: Takafumi Morita;Yu Kuwajima;Ayato Minaminosono;Shingo Maeda;Yasuaki Kakehi;WANG Yiting，岡田 昌史;渋谷恒司;後藤貴滉，八木康史，槇原靖，中村友哉，杉本靖博，中西大輔，浪花啓右，大須賀公一;定近晋也，舛屋 賢，岡田昌史
• 通讯作者: 定近晋也，舛屋 賢，岡田昌史

Control of Human-machine cooperative cart by region attractor to achieve both obstacle avoidance and trajectory tracking

区域吸引子控制人机协作小车实现避障和轨迹跟踪

• DOI: 10.1299/transjsme.22-00012
• 发表时间: 2022
• 期刊: Transactions of the JSME (in Japanese)
• 作者: Satoshi Iyobe;Masahiro Shimizu;Takuya Umedachi;石橋，石浦，増田，郡司，福原，石川;岡田昌史，尤 亜倫，舛屋 賢
• 通讯作者: 岡田昌史，尤 亜倫，舛屋 賢