人間・ロボット協働フィジカルインタラクションのための相反性のシンセシス

本研究では、人間・ロボット協働フィジカルインタラクションのための制御手法を確立することを目的としている。本年度は研究課題の最終年度であり、特に瞬発力が必要となる人間動作の実現を中心に研究を行った。ロボットによる直接的な接触動作を伴う人間支援を行うためには、小型で高トルク出力を実現するための高い減速比のギヤが必須であるが、その減速機構によりモータの出力スピードの低下を引き起こす。また同時に、高い減速機構のシステムの剛性は非常に高いため、人間にとっての安全性が低い。このように高速と高トルクとの間にはトレードオフの関係が、高い柔軟性と高い剛性の間にはトレードオフの関係が減速機を有するモータには存在する。そこで前年度までに構築した制御的な慣性をゼロから無限大まで変化させることが可能な可変動力伝達機構を基に、減速機の出力軸に電磁クラッチ及び弾性スプリングを連結させたアクチュエータを開発した。バネに蓄えた弾性エネルギーをクラッチ開放時に運動エネルギーに変換し、高速・高トルク・高バックドライバビリティを達成し、高減速比の多自由度ロボットシステムで瞬発力のあるモーションを実現した。このような相反性を有する状態をシステム内でシンセシスすることで、トレードオフの解決をもたらすという方法論は、学術的および産業的な有用性も高いと考える。研究で得られた知見は１件の学会誌論文および３件の国際学会発表として成果へと結実することができた。

本研究では、人間・ロボット協働フィジカルインタラクションのための制御手法を確立することを目的としている。本年度は研究課題の最終年度であり、特に瞬発力が必要となる人間動作の実現を中心に研究を行った。ロボットによる直接的な接触動作を伴う人間支援を行うためには、小型で高トルク出力を実現するための高い減速比のギヤが必須であるが、その減速機構によりモータの出力スピードの低下を引き起こす。また同時に、高い減速機構のシステムの剛性は非常に高いため、人間にとっての安全性が低い。このように高速と高トルクとの間にはトレードオフの関係が、高い柔軟性と高い剛性の間にはトレードオフの関係が減速機を有するモータには存在する。そこで前年度までに構築した制御的な慣性をゼロから無限大まで変化させることが可能な可変動力伝達機構を基に、減速機の出力軸に電磁クラッチ及び弾性スプリングを連結させたアクチュエータを開発した。バネに蓄えた弾性エネルギーをクラッチ開放時に運動エネルギーに変換し、高速・高トルク・高バックドライバビリティを達成し、高減速比の多自由度ロボットシステムで瞬発力のあるモーションを実現した。このような相反性を有する状態をシステム内でシンセシスすることで、トレードオフの解決をもたらすという方法論は、学術的および産業的な有用性も高いと考える。研究で得られた知見は１件の学会誌論文および３件の国際学会発表として成果へと結実することができた。