Human-Machine Cooperative Control based on Vector Field

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(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．