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

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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．