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エネルギーの回生効果を用いた閉じた系での脚歩行装置の関節トルク制御

利用能量再生效应的封闭系统中腿部行走装置的关节扭矩控制

基本信息

批准号：
11J03500
负责人：
山田泰之
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology (2013)Keio University (2011-2012)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03500/
关键词：
釣合わせ回生歩行パワーアシスト釣り合わせパワーシスト

项目摘要

歩行機械はアクチュエータによりアシスト力を発生させる. これらは, 脚関節にかかる自重トルクを負担するためにエネルギ消費が高く連続運転時間に制限がかかる問題や, 大容量バッテリーやセンサを搭載することでコストがかかるなどの課題が存在する. そこで, 本研究では, 歩行時の上体重心の高さ変化に伴う位置エネルギ消費を回生して, 歩行時のアシスト力として利用する方法で, 長時間利用可能な歩行アシスト装置の実現を試みる. 研究は大きくわけて3個の課題と, それらの統合で大別される. 1つ目は, (A)脚関節補償原理・機構の自動化, 2つ目は, (B)傾斜面での脚関節補償原理の考案, 3つ目は, (C)動歩行時のエネルギーロスの回生である. 24年度は, (A)圧力センサ4つのみで, 歩行速度2m/s～6m/sまでアシスト力を歩行に連動可能なシステムを完成させ, 安価な電子部品のみでアシスト力の制御を可能とし, 装置全体の低価格化や軽量化に成功した. (B)については, 23年度に, ばね取付け角度とばね定数の2つのパラメータ調整で安定な平衡状態をリンク機構に構築する方法を示し, 24年度にパラメータチューニング法を検討した. これにより, 傾斜地でも自重補償効果低下を抑制可能な自重補償機構を設計可能とした. (C)については, 24年度に, 実験機を製作し, トレッドミル上でのアシストカの計測, 複数人の被験者での官能検査, および屋外, 階段などでの実証試験を行った. 約1.5kgの実験機を利用して, 実際に歩行時の上体重心の高さ変化から位置エネルギを圧縮空気として回生して, アシストカを連続的に発生可能なことを確認した. 電源を必要としない歩行補助であり, 様々な場面での応用が期待できる. 25年度は, 24年度に製作した実験機をもとに, さらに低慣性かつ高アシスト力となるパラメータの探索と, 階段や傾斜地でのアシスト力の調整について検討した. 結果, 歩行時のエネルギーロスを回生してアシスト力に利用することで, バッテリー容量の1.3倍以上のアシストエネルギーを得た. 例えば, 両足で約5kgの補助力を7700歩分発揮できる. 以上のように, 研究目的を達成し, 長時間利用可能な歩行アシスト装置を実現した.

The walking machine is equipped with a large number of tools. The problem is that the weight of the foot joint is too heavy to bear the weight of the foot joint. The cost of the foot joint is too high. The transportation time is too limited. The problem is that the large capacity foot joint is too heavy to bear the weight of the foot joint. Therefore, this study aims to explore ways to utilize the power of walking equipment for long periods of time by increasing the weight of walking equipment accompanied by the increase of walking equipment. The research is divided into three topics: integration and development. 1) Foot joint compensation principle·mechanism automation, 2) Foot joint compensation principle, (B) Inclined surface foot joint compensation principle test case, 3) Foot joint compensation principle, (C) Moving time and recovery. In 2004, (A) the pressure level was 4 m/s, the traveling speed was 2m/s~6m/s, and the movement force was controlled. (B)In 2003, the method of establishing a stable and balanced mechanism was shown, and in 2004, the method of adjusting the balance was discussed. The design of the mechanism for self-weight compensation is possible. (C)In the 24th year, when the actual machine was made, there were calculations on the market, functional inspections of a plurality of people and the victims, and outside the house, practical verification tests were carried out at different stages. About 1.5 kg of machine utilization, during the actual operation of the upper weight of the center of gravity to increase the position of the pressure reduction air to reduce the temperature, loss of space to reduce the possibility of occurrence of continuous vibration. Power supply is necessary for travel assistance, and the situation is expected. In 2005, the production of 24 years, the development of the machine, the development of low inertia, the development of high power, the exploration of the stage, the adjustment of the power of the tilt, the investigation of the stage, the adjustment of the power of the tilt. As a result, more than 1.3 times of the capacity of the vehicle was obtained during the operation. For example, the foot is about 5kg of auxiliary force. The above research objectives are achieved and the device can be utilized for a long time.