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

结合基于概率模型的控制和传感器反馈的软机器人控制工程

基本信息

批准号：
20H00610
负责人：
田原健二
金额：
$ 29.04万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

人工筋肉として期待されている撚糸状高分子繊維の力学物性の発現機構に関する研究に取り組んだ．具体的には，撚糸にすることによる弾性率変化の挙動を幾何学的なモデルと実際の繊維の形状因子を用いて理論的に計算をしたほか，撚糸に加工する際に課題であった繊維強度の低下を抑制する繊維加工方法の検討を進めた．撚糸状高分子繊維の人工筋肉等アクチュエータへの適用時の耐久性や出力に関する知見を得ることができた．また，一昨年度の検討成果として，速度・温度依存性を考慮した電気的入力--温度に関する非線形モデルとTCPAの熱伝達係数の速度・温度依存性を考慮した温度--変位に関する非線形モデルの組み合わせを制御対象として，目標値への局所漸近収束を保証する非線形制御系を構成できた．しかし，一昨年度に構成した制御則は状態フィードバックであり，TCPAの変位，変位速度，温度の情報を必要としていた．TCPAへの実装を考慮した際には，変位，変位速度のリアルタイム計測は大きなコストがかかることから，温度情報のみを用いた制御則が望ましい．そこで昨年度の成果として，新たにTCPAの変位，変位速度に関する非線形オブザーバを構成し，温度情報のみから目標値への局所漸近収束を保証する非線形制御系を開発し，開発した制御系の理論的保証を与えることができた．また，ソフトアクチュエータのロボット応用に向けた運動増幅機構の開発に取り組み，成果としてパンタグラフ機構を用いたひずみ・力増幅機構を実現した．さらに，釣糸人工筋アクチュエータの最適な作製方法に向けて作製条件が形状パラメータに与える影響を調査し，高速駆動に向けて共振の利用について検討を行った．一方で応用を目指して柔軟外骨格を用いた手指の運動補助装具を検討した．

A study on the development mechanism of mechanical properties of twisted polymer fibers in artificial fibers. In particular, the problem of reducing the dimensional strength during twist machining is discussed. Twisted polymer fibers, artificial fibers, etc., are known for their durability and strength when applied. In addition, the results of the previous year's research have taken into account the velocity-temperature dependence of the electrical input force-temperature dependence of the non-linear model and the thermal coefficient of the TCPA into account the velocity-temperature dependence of the temperature-temperature dependence of the non-linear model and the composition of the control system. The composition of a year is controlled by the state of the TCPA, the position of the TCPA, the speed of the TCPA, and the temperature information. The TCPA is installed in consideration of the position of the TCPA, the speed of the TCPA, and the temperature information. The results of the past year have shown that the new TCPA position, position speed, non-linear structure, temperature information, target value and local convergence guarantee, non-linear control system development, development and control system theory guarantee. The results of the development of the mechanism for increasing the amplitude of motion in the direction of motion are shown in the table below. In this paper, the optimum operation method of artificial tendon is studied. The influence of operation condition on shape and resonance is investigated. A side of the finger is used to control the soft outer bone, and the finger is used to control the movement of the accessory.

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Novel Twisted and Coiled Polymer Fiber Actuator Fabricated from Polymer-coated Optical Fiber

由聚合物涂层光纤制成的新型扭曲和卷曲聚合物纤维致动器

DOI：
10.1109/lra.2021.3070247
发表时间：
2021
期刊：
IEEE Robotics and Automation Letters
影响因子：
5.2
作者：
Masuya Ken;Tahara Kenji
通讯作者：
Tahara Kenji

誘電エラストマセンサを用いた釣糸人工筋の張力計測に向けて

使用介电弹性体传感器测量人工钓鱼线肌肉的张力

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Nakai Ayaka;Fujiyama Tomoyuki;Nagata Nanae;Kashiwagi Mitsuaki;Ikkyu Aya;Takagi Marina;Tatsuzawa Chika;Tanaka Kaeko;Kakizaki Miyo;Kanuka Mika;Kawano Taizo;Mizuno Seiya;Sugiyama Fumihiro;Takahashi Satoru;Funato Hiromasa;Sakurai Takeshi;Yanagisawa Masashi;Ha;長岡利;Faruq Aiman，足立征士，東内裕武，田原健二，舛屋賢，入澤寿平，高木賢太郎
通讯作者：
Faruq Aiman，足立征士，東内裕武，田原健二，舛屋賢，入澤寿平，高木賢太郎

釣糸人工筋肉の Coil Spring Index と作製時荷重の関係について

关于鱼线人工肌肉的螺旋弹簧指数与制作时载荷的关系

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hideto Kawauchi;Yukoh Wakabayashi;Nobutaka Ono;Keiko Ochi;Keiho Owada;Masaki Kojima;Shigeki Sagayama;and Hidenori Yamasue;長岡利;岡本岳人，東内裕武，入澤寿平，塩谷正俊，舛屋賢，田原健二，高木賢太郎
通讯作者：
岡本岳人，東内裕武，入澤寿平，塩谷正俊，舛屋賢，田原健二，高木賢太郎

Basics of Dynamics and Control for a Parallel-wire Driven Robot

平行线驱动机器人的动力学和控制基础知识