空気圧を用いた介護用ロボットアームの開発

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空気圧シリンダを用いたリハビリ支援用ロボットアームを設計製作し,スティフネス制御を用いて立ち上がり動作をアシストする実験を行った.被験者の各関節の動きを画像計測し,膝で発生しているトルクを推定することで,アシスト力を定量的に評価した.また,被験者の体格差が及ぼす影響を調べた.その結果以下の知見を得た.・スティフネス制御が立ち上がり動作のアシストに有効な制御方法であることがわかった.しかし,アシストの割合を大きくするにつれて,アームの動きが速くなってしまう.・被験者の体重差が1.5倍あると,同一の制御パラメータではアシストの割合が2倍程度異なることがわかった.体重が重いほど,同一の条件下ではアシスト率が小さくなる.・上記の結果より,被験者の体重が既知である必要がある.本研究から地面に水平になるように制御されたアームに被験者がもたれかかった時,55kgから95kgの被験者に対して体重とシリンダにかかる力には比例関係があることがわかった.よって被験者の体重は自動に推定可能となった.・既知な体重の被験者が介助されながら立ち上がる時,シリンダが発する力が振動しないための比例ゲインを実験によって求め,良好な制御が行なえるようになった.・被験者の体重とアシスト率の関係を調べ,介助に必要なスティフネス制御の制御パラメータを導出可能な関係式を導いた.