Robust control of pneumatically-driven robot mimics the network of the nervous and vascular systems

气动机器人的鲁棒控制模仿神经和血管系统的网络

• 批准号: 21H04544
• 负责人: 川嶋 健嗣
• 金额: $ 26.37万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04544/
• 关键词: 流体駆動ロボット; 物理システムの計算による状態推定; ロバスト制御; 空気圧ゴム人工筋; 省エネルギー駆動

本研究の目的は，流体駆動ロボットにおいて，各アクチュエータへ作動流体を伝達する配管群と供給圧力源をネットワーク化することで，模擬的な血管系を構成し，模擬血管系から推定した情報と従来の神経系に相当するセンサ情報の双方を活用したロバストな制御方法を提案することにある．本制御方法をロボットに実装し，省エネルギー駆動の実現とともに耐環境性に優れ，かつ動作支援ロボットにおける歩行から走行などの大きな動作変化にも柔軟な対応の実現を目指す．本年度の第一目標は，空気圧ゴム人工筋を用いた歩行アシスト装置において，圧力情報から角度情報を推定する空気リザバー計算の精度向上の実現である．精度を向上する配管系，配管長や配管ネットワークの構成方法を実験によって探索した．次に歩行が周期的な運動であることに着目し，クラスタリングのアルゴリズムの導入によって，歩行状態の推定精度の向上のみならず，リアルタイムでの膝および腰部の関節角度と関節角速度の推定を実現した．第二の目標は，リアルタイムに推定した関節の角度や角速度情報をフィードバック制御に用いることで，空気圧リザバー計算による状態推定によるアシスト制御の実現である．ロバスト性に優れた制御方法を検討，同システムに実装し，実験によってその有効性を定量的に評価した．特に歩容途中での速度変化や歩幅変化が生じた場合にも，アシスト制御が不安定とならず有効に作用することを目指した．定量的な評価として，複数の被験者に対して脚部の複数部位での筋電を計測し，また，非接触モーションセンサでの計測結果との比較を行った．その結果，提案した制御方法が有効であることを実験によって明らかにした．

The purpose of this study is to propose a control method for the construction of simulated vascular system, the estimation of information and the correspondence of information between the simulated vascular system and the source of supply pressure. The control method is characterized in that: the control method comprises the following steps of: installing the control device, saving the production cost, improving the environmental resistance, supporting the operation cost, moving the control device, and improving the flexibility of the control device. The first objective of this year is to improve the accuracy of air pressure calculation by using air pressure artificial tendon in the process of operation, pressure information and angle information estimation. The pipe system with high precision and long pipe structure are explored. The accuracy of the estimation of the walking state is improved, and the estimation of the joint angle and the joint angular velocity of the waist is realized. The second objective is to estimate the joint angle and angular velocity information, and to calculate the air pressure, and to estimate the joint angle and angular velocity information. A study on the control method of the property of the plant was conducted. In particular, the speed of change in the course of time is not stable. Quantitative evaluation and comparison of the measurement results of the tendon electric field measured at multiple locations of the foot by a plurality of subjects. The method of control is proposed.

项目成果

Development of a Whole Body Training Device by Multi-directional Force Input Using Pneumatic Artificial Muscles

气动人工肌肉多向力输入全身训练装置的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: Soichiro Ito;Tetsuro Miyazaki;Junya Aizawa;Toshihiro Kawase;Maina Sogabe;Takahiro Kanno;Yoshikazu Nakajima;Kenji Kawashima
• 通讯作者: Kenji Kawashima

空気圧リザバーコンピューティングの性能向上に向けた管路ネットワークの周波数特性解析

管道网络频率特性分析以提高气动储层计算性能

• 发表时间: 2021
• 作者: Minegishi Tsutomu;Yamaguchi Shingi;Sugiyama Masakazu;川瀬利弘，宮嵜哲郎，曽我部舞奈，菅野貴皓，中島義和，川嶋健嗣
• 通讯作者: 川瀬利弘，宮嵜哲郎，曽我部舞奈，菅野貴皓，中島義和，川嶋健嗣

空気圧ゴム人工筋内部圧力による歩行状態推定アルゴリズム

利用气动橡胶人工肌肉内压的步行状态估计算法

• 发表时间: 2022
• 作者: 門倉哲太，宮嵜哲郎，曽我部舞奈，川瀬利弘，川嶋健嗣

オンライン状態推定を用いた空気圧ゴム人工筋歩行アシストロボットの制御

利用在线状态估计控制气动橡胶人工肌肉步行辅助机器人

• 发表时间: 2022
• 作者: A.Kitagawa;R.Kobayashi;P.Denissenko;Y.Murai;門倉哲太，宮嵜哲郎，曽我部舞奈，川瀬利弘，川嶋健嗣
• 通讯作者: 門倉哲太，宮嵜哲郎，曽我部舞奈，川瀬利弘，川嶋健嗣

A pneumatic rotary actuator for forceps tip rotation

用于镊子尖端旋转的气动旋转致动器

• DOI: 10.1016/j.sna.2021.113222
• 发表时间: 2022
• 期刊: Sensors and Actuators: A. Physical
• 作者: Katsuhiko Fukushima;Tetsuro Miyazaki;Toshihiro Kawase;Takahiro Kanno;Maina Sogabe;Yoshikazu Nakajima;Kenji Kawashima
• 通讯作者: Kenji Kawashima