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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00610/
• 关键词: ソフトロボティクス; 人工筋肉; 高分子; 確率モデル; 繊維強度; オブザーバ; 運動増幅; 補助装具; ソフトロボット; 可逆モデル; 硬化阻害; 確率的モデル; 最適制御; 柔軟関節; モデル化; フィードフォワード制御; セルフセンシング

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．

Artificial tendons are expected to be used in the study of mechanical and physical properties of polymers in the shape of polymers. In terms of specific conditions, the mechanical properties of polymers are calculated by the calculation of the shape factors in the theory of physics. A series of processing problems, low strength, low Speed-temperature dependence test the input force of a computer-- temperature measurement system-- temperature temperature dependence test-- temperature-dependence test In the first year of the year, the temperature, temperature In the new TCPA position, the speed sensor is not in the shape of the system, and the temperature index is in the vicinity of the local security system. The system is open, and the system theory of the system is open. In this way, the system is used to obtain data from the machine. The results show that the machine is used to improve the performance of the machine, and the system of artificial tendons is the most effective way to improve the shape of the system. The high-speed locomotive is used to make use of the high-speed vehicle resonant. one side uses the target finger to use the flexible external bone lattice to help the assembly machine.

项目成果

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

• 发表时间: 2021
• 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

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

• DOI: 10.7210/jrsj.39.811
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of the Robotics Society of Japan
• 作者: Shogo Ohsumi;Toshiyuki Amano;木野仁
• 通讯作者: 木野仁

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

• 发表时间: 2021
• 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

Wire-storage Pantograph Mechanism for Strain and Force Amplification of a Twisted and Coiled Polymer Fiber

用于放大扭曲和卷曲聚合物纤维的应变和力的储线受电弓机构

• DOI: 10.1109/lra.2022.3197268
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Robotics and Automation Letters
• 影响因子: 5.2
• 作者: Ken Masuya;Kentaro Takagi;and Kenji Tahara
• 通讯作者: and Kenji Tahara